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Article Dans Une Revue Rhéologie Année : 2014

Modelling of lignocellulosic fibre length evolution during composite compounding in twin screw extrusion

Simulation de l'évolution de la longueur de fibres ligno-cellulosiques durant la réalisation de composites en extrusion bivis

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Résumé

Composites made of polycaprolactone reinforced by 20 wt% hemp fibres were prepared by melt blending in a twin screw extruder. The influence of extrusion parameters (feed rate and screw speed) on the fibre length evolution along the screw profile was investigated. The fibre length rapidly decreased after fibres introduction and during the flow through kneading blocks. Fibre breakage was increased at high screw speed and low feed rate. Flow conditions along the twin screw extruder were calculated using Ludovic© software, with a focus on the specific mechanical energy (SME) provided to the fibres. Fibre length evolution can be correctly estimated in various flow conditions by an exponential function of the SME.
Les matériaux composites utilisent, de plus en plus, des renforts à base de fibres naturelles (lin, chanvre, sisal, miscanthus…) du fait de leur faible coût, de leur densité inférieure à celle des renforts traditionnels (verre, carbone…) et du caractère renouvelable de ces fibres. Lors du procédé de compoundage par extrusion, les fibres subissent une réduction importante de leur longueur et de leur ratio longueur/diamètre, ce qui nuit à l'augmentation des propriétés mécaniques recherchée. Cette étude porte sur la compréhension du mécanisme de défibrage (diminution de longueur et de diamètre) de fibres ligno-cellulosiques de chanvre associées à une matrice polycaprolactone (PCL), dans une extrudeuse bivis de laboratoire. Le comportement rhéologique de la matrice seule et du mélange PCL/fibres de chanvre a été mesuré. L'influence des conditions opératoires (débit, vitesse de rotation) sur l'évolution des longueurs et des diamètres des fibres de chanvre a été étudiée. Il a été montré qu'une faible vitesse de rotation et un débit élevé permettaient de limiter les phénomènes de décohésion et de fragmentation des fibres. La longueur des fibres peut être reliée à l'énergie mécanique spécifique (EMS) fournie au matériau au cours du procédé d'extrusion. En se fondant sur des études déjà réalisées sur l'évolution de la longueur de fibres de verre le long d'une extrudeuse bivis, il a été établi un modèle phénoménologique d’évolution de la longueur de fibres ligno-cellulosiques en fonction de l'EMS, calculée à l'aide du logiciel de simulation Ludovic©.
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hal-01108904 , version 1 (23-01-2015)

Identifiants

  • HAL Id : hal-01108904 , version 1
  • PRODINRA : 313401

Citer

Françoise Berzin, Bruno Vergnes, Johnny J. Beaugrand. Simulation de l'évolution de la longueur de fibres ligno-cellulosiques durant la réalisation de composites en extrusion bivis. Rhéologie, 2014, 25, pp.65 - 71. ⟨hal-01108904⟩
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