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Présenté par : Lila Djerroud Directeur : Ahmed Koubaa, Sébastien Migneault, stagiaire postdoctoral, UQAT Co-directeurs : Simon Barnabé, professeur, UQTR Co-directeurs : Talat Mahmood, chercheur, FPInnovations
Valorisation de la boue de désencrage pour la production de composites bois-polymères
05-2014
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¯Introduction
¯Partie expérimentale
¯Résultats et discussion
¯Conclusions
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La production de polymères thermoplastiques renforcés de fibres de bois, mieux connus sous le nom composites bois plastique (CBP), a augmenté considérablement au cours des dernières années.
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Matériaux de Construction
Produits Industriels et
de consommation
Automobile
75%
10% 15%
Répartition mondiale du marché des plasti-bois
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Les boues primaires : Issues d’un traitement physico-chimique qui a pour but d’extraire facilement des matières en suspension et des matières organiques (très riche en fibres); Les boues secondaires : Issues d’ un traitement biologique qui a pour objectif l’élimination des composés solubles d’origine organique (digestion des matières organiques par les micro-organismes) Les boues de désencrage : générées à la station de désencrage par les triturateurs, les cellules de flottation et les épurateurs. Celles-ci contiennent des encres, des charges minérales et des résidus de fibres cellulosiques entraînés lors du désencrage. Cendres: Provenant des appareils de combustion Autres résidus: Écorces, nœuds et résidus de bois
Les usines de pâtes et papiers génèrent d'importantes quantités de rejets solides tel que:
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ØPrincipaux inconvénients de la combustion des boues :
• Combustion mal contrôlée: émission de particules en suspension et de gaz polluants
• Un pourcentage d'humidité trop faible peut causer l'émission de particules en suspension.
ØPrincipaux inconvénients de l'épandage des boues:
• Nécessité de disposer de grandes surfaces. • L'accumulation possible de métaux lourds • Présence de charges et de glaises dans les boues. • On doit prévoir un espace d'entreposage des boues pendant
l'hiver. • On doit procéder à une étude des sites .
Recyclage et situation actuelle
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L’objectif général de ce projet est d’évaluer le potentiel de valorisation des boues de désencrage pour la production des composites bois-polymère.
Les objectifs spécifiques du projet sont les suivants:
1) Optimiser les paramètres de mise en forme des composites fibres- boues- polymère. 2). Evaluer les propriétés physiques et mécaniques des composites fibres – boues – polymère.
Objectifs de l’étude
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partie expÉrimentale
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La première étape: La mise en granules par extrusion
Extrudeuse à double rotation Entek Technologies Les vis sont de 27 mm de diamètre et de 1,3m de longueur . le mélange se fait avec un malaxeur interne température qui est de 150° C à 180° C. la Vitesse de la vis était de 50 à 80 tours par minute
Boues de désencrages
Pâte kraft
Polyéthylène haute densité
(PEHD)
Pré mélange
Polyéthylène modifié à l’anhydride
maléique (MAPE)
La conception des composites fibre – plastiques
La granulation de l’extrudé à une vitesse de rotation des couteaux de 180 tours/min
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10 Éprouvettes d’essai pour les tests mécaniques et physiques.
Échantillons moulés
Appareil d’injection de marque Arburg 370A (600 kN température:(Buse) 190/190/190/190/171 °C
Ø Ténacité selon la norme ASTM D 638 (2003)
Ø Flexion trois points selon la norme ASTM
D790
Ø Traction simple selon la norme ASTM D 638
ØGonflement en épaisseur (GE) selon la norme ASTM D 1037
Granule extrudé
¯: la deuxième étape : La conception de composites par injection
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rÉsultats et discussion
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LES PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES
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0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
20% fibre 30% fibre 40% fibre 50% fibre
MO
E en
fle
xion
(GPA
)
20 %
kra
ft
20 %
bou
e
15%
Kraf
t + 5
%Bo
ue
10%
Kraf
t + 1
0%Bo
ue
30 %
kra
ft
30 %
bou
e
20 %
Kra
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10%
Bou
e
15 %
Kra
ft +
15%
Bou
e
40 %
kra
ft
40 %
bou
e
30%
Kra
ft +
10%
Bou
e
20%
Kra
ft +
20%
Bou
e
50 %
kra
ft
50 %
bou
e
30 %
Kra
ft +
20%
Bou
e
10 %
Kra
ft +
40%
Bou
e
0
10
20
30
40
50
60
70
20% fibre 30% fibre 40% fibre 50% fibre
MO
R (
MPa
)
Figure 2. Effets de la proportion des fibres et de BD sur le module de rupture en flexion des CBP
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14 Augmentation de Module d`élasticité MOE en traction
Propriétés mécaniques
1,034 1,195
1,44 1,607 R² = 0,9932
0
0,5
1
1,5
2
20% fibre 30% fibre 40% fibre 50% fibre
MO
E en
trac
tion
(GPa
)
15%
Kra
ft +
5%
Boue
20 %
Kra
ft +
10%
Bou
e
30%
Kra
ft +
10%
Bou
e
30 %
Kra
ft +
20%
Bou
e
Figure 3. Effets de la proportion des fibres et de BD sur le module d’élasticité en traction des CBP
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Figure 4. Effets de la proportion des fibres et des BD sur l’énergie de rupture en traction
0
5
10
15
20
25
30
35
40
20% fibre 30% fibre 40% fibre 50% fibre
Éner
gie
de ru
ptur
e (k
J/m
²)
20 %
kra
ft
20 %
bou
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15%
Kra
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oue
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Kra
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10%
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e
30 %
kra
ft
30 %
bou
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20 %
Kra
ft +1
0% B
oue
15 %
Kra
ft +1
5% B
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40 %
kra
ft
40 %
bou
e
30%
Kra
ft +1
0% B
oue
20%
Kra
ft +2
0% B
oue
50 %
kra
ft
50 %
bou
e
30 %
Kra
ft +2
0% B
oue
10 %
K +
40%
B
Propriétés mécaniques
La ténacité caractérisée par l’énergie de rupture diminue en augmentant la teneur en fibres.
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Figure 4. Effets de la proportion des fibres et des BD sur la masse volumique
des composites
La variation de la densité des CBP
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
20 30 40 50
Den
sité
app
aren
te
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STABILITÉ DIMENSIONNELLE
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0
0,5
1
1,5
2
1 2 3 4 5 6 7
Gon
flem
ent
Volu
miq
ue %
Temps (h)
20% 30%
40% 50%
0
1
2
3
4
5
6
24 168 504 840 1176 1512 2040
Gai
n en
poi
ds (%
)
Temps (h)
20%
30%
40%
50%
Figure 6. Effets de la proportion des fibres sur le gain en volume des CBP
Figure 7. Effets de la proportion des fibres sur le gain en poids des CBP
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conclusion
• L’utilisation des boues de désencrage dans la production de composites se traduira par une meilleure stabilité dimensionnelle.
Ø L’étude des propriétés physiques et mécaniques des CBP issus des quatre formulations étudiées, montre que ces propriétés varient en fonction de la proportion et de la nature de fibres.
Ø Nouvelle piste de recyclages des boues de désencrage comme agent de remplissage dans les composite bois plastique
§ D’une part nous avons observé qu’en général l’augmentation de la proportion des fibres Kraft améliore les performances mécaniques des CBP surtout les modules d`élasticité et de rupture en flexion et en traction.
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REFERENCES CITÉES
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•Migneault S, Koubaa A, Riedl B, Nadji H, Deng J, Zhang T (2010b). Pulp and paper sludge potential as a resin content reducing agent. Holzforchung, DOI:10.1515/HF.2011.039.
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•Slama, I. (2009) caractéristiques physico-mécaniques des composites bois-plastiques provenant de la valorisation des résidus des panneaux MDF- Étude des possibilités de recyclage. Mémoire de maîtrise, Université du Québec à Chicoutimi, 115 pages
•Zerhouni, A, Mahmood, T, Koubaa, A. (2012). The use of paper mill biotreatment residue as furnish or as a bonding agent in the manufacture of fibre-based boards. J-For. 2(2):19-24
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merci pour
votre attention