Effet du renforcement sur les propriétés mécaniques des composites fibre de bois/polypropylène plaqués assemblés avec du polypropylène chloré

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 14007 (2022) Citer cet article

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Les composites fibre de bois/polypropylène (WF/PP) sont des matériaux respectueux de l'environnement avec une stabilité dimensionnelle et des propriétés mécaniques élevées. Cependant, les applications des composites WF/PP sont limitées par une texture de surface peu attrayante. Dans cette étude, les composites WF/PP ont été décorés avec du placage de bois de peuplier en utilisant du polypropylène chloré (CPP) comme adhésif thermofusible, la force de liaison est supérieure à 1,18 MPa. Des tests de force de liaison de surface et une microscopie électronique à balayage (SEM) ont été effectués pour analyser la qualité de la couche de liaison CPP. Les propriétés physiques et mécaniques des panneaux WF/PP plaqués et des témoins non plaqués ont été examinés pour déterminer les effets du renforcement. Le résultat montre qu'après placage, la résistance à la tension et le module de l'ensemble du panneau composite ont été augmentés de plus de 30 % et 10 % ; la résistance à la flexion et le module ont été augmentés de plus de 10 % et 20 %. Des essais d'impact à faible vitesse ont été effectués pour déterminer les propriétés de résistance aux chocs des composites. Des ratios plus élevés de fibre de bois dans le composite WF/PP ont conduit à une force de liaison de surface plus élevée, ce qui était évident dans les images SEM. La décoration en placage de bois a augmenté la résistance mécanique de l'ensemble du panneau composite. Une liaison plus serrée le long de la couche de CPP fournirait un renforcement supplémentaire des propriétés mécaniques du composite stratifié.

Les matériaux composites fibre de bois/polypropylène (WF/PP) sont l'un des nombreux composites bois-plastique (WPC). Le composite WF/PP a des propriétés physiques et mécaniques élevées, même le PP à l'intérieur de la matrice est recyclé1. Les composites bois-plastique sont fabriqués en combinant des matières végétales sèches (généralement du bois, du bambou, du chanvre et de la paille) avec une matrice polymère avec un petit nombre d'additifs supplémentaires tels que des améliorants de liaison comme le polypropylène lié à l'anhydride maléique (MAPP), qui se lie à la fois aux fibres de bois et au PP. L'ajout de tels additifs améliore la qualité des composites WP/PP. Les thermoplastiques sont le type le plus courant de matrice polymère. Les WPC thermoplastiques sont généralement transformés en produits par extrusion, pressage de moules et moulage par injection d'une manière qui ne diffère pas considérablement des méthodes par lesquelles les thermoplastiques non chargés sont transformés en produits2,3. De nombreux thermoplastiques différents peuvent être utilisés pour fabriquer des WPC, y compris des plastiques recyclés4,5,6.

Un avantage majeur des WPC thermoplastiques est qu'aucun adhésif, résine ou autre réactif chimique volatil n'est généralement requis. Les WPC thermoplastiques sont un matériau relativement non toxique et respectueux de l'environnement7. Les composites bois-plastique combinent bon nombre des meilleures caractéristiques des plastiques et du bois. Un WPC typique aura des propriétés de résistance mécanique plus élevées et une meilleure stabilité dimensionnelle par rapport à un thermoplastique non chargé du même type qui est utilisé pour la matrice. De plus, un WPC typique possédera une plus grande résistance à l'humidité et à la pourriture que le matériau végétal ajouté au thermoplastique. Les composites bois-plastique sont beaucoup plus faciles à traiter et à mouler que le bois8,9,10. Ces dernières années, les WPC ont été utilisés dans de nombreuses applications telles que les installations extérieures, les revêtements automobiles et les revêtements muraux extérieurs11,12,13,14,15. Cependant, les techniques de traitement actuelles laissent la texture de surface des WPC esthétiquement insatisfaisante pour tout usage dans lequel le WPC sera soumis à une attention visuelle étroite, comme les surfaces intérieures visibles. Si la surface d'un WPC peut être collée de manière fiable et durable sur un placage bois, le champ d'application s'élargira considérablement. De nombreux nouveaux produits WPC, ainsi que des produits de grande valeur, sont rendus possibles par le placage.

Lors du processus d'extrusion et de pressage à chaud, une fine couche de matrice plastique non chargée s'accumulera sur la plupart des zones de la surface du WPC16,17. Cette surface de plastique relativement pur ne disparaîtra pas après refroidissement et mise en forme. Cette surface en plastique est lisse, sans pores et se lie mal aux adhésifs à température ambiante utilisés dans les procédés de placage traditionnels18. Le problème essentiel est que la plupart des formes de plastique sont chimiquement inertes et extrêmement non polaires pour former des liaisons solides avec des adhésifs courants à température ambiante. Aucune liaison covalente ou polaire (hydrogène) n'est susceptible de se former entre le plastique et l'adhésif à moins que quelque chose ne soit fait pour favoriser ce type de liaison.

Pour améliorer la liaison entre le plastique et l'adhésif à température ambiante, les plastiques voient souvent leurs surfaces modifiées avec plus ou moins de succès. Il existe plusieurs techniques courantes de modification de surface pour les plastiques afin d'améliorer la liaison adhésive. Des acides fortement oxydants ou d'autres agents oxydants peuvent être utilisés pour traiter la surface des matériaux composites et produire un certain effet de gravure sur la surface et générer des groupes polaires qui augmentent la compatibilité du plastique avec les groupes polaires sur les molécules adhésives. La modification de surface avec une décharge plasma peut être utilisée pour créer une rugosité de surface et des groupes polaires19,20. Un agent de couplage chimique peut également être utilisé pour former un pont chimique lié par covalence entre les molécules de plastique et les molécules d'adhésif. Enfin, il y a la rugosité mécanique, qui fonctionne en agrandissant la zone mouillée par l'adhésif et en allongeant la ligne de liaison au niveau microscopique. Bien que ces méthodes puissent augmenter l'effet de liaison des adhésifs sur la surface des plastiques et des WPC, il existe de nombreux problèmes et difficultés associés tels que de mauvais résultats environnementaux, des processus de traitement compliqués et des coûts élevés.

Pour le collage de thermoplastiques à d'autres thermoplastiques, la méthode la plus simple consiste à utiliser des colles à température ambiante et une modification de surface et à souder les pièces avec du thermoplastique fondu de nature chimiquement compatible. Ce processus est similaire au soudage, au brasage ou au brasage des métaux.

Les thermoplastiques fondus, avec des additifs pour favoriser l'adhérence aux fibres naturelles, peuvent être utilisés pour joindre des morceaux de bois et d'autres matériaux cellulosiques tels que le carton les uns aux autres dans des processus industriels tels que la fabrication de boîtes, où le refroidissement et le durcissement rapides du thermoplastique maintiennent la production à un rythme rapide. Dans ces applications, le thermoplastique fondu est appelé adhésif thermofusible pour le distinguer des adhésifs à température ambiante.

De plus, il s'ensuit qu'il est possible de coller avec succès un placage de bois sur un substrat en plastique en utilisant des adhésifs thermofusibles. Par exemple, le placage de bois peut être collé avec succès sur du PP non chargé et sur du WF/PP, objet de cette étude, en utilisant le MAPP comme adhésif thermofusible. Malheureusement, bien que les thermoplastiques fondent à des températures plus basses que la plupart des métaux, la température de l'adhésif thermofusible est encore extrêmement élevée dans la plupart des cas, ce qui endommage la surface du placage. La température de travail de fusion à chaud du MAPP est de 170 °C. Ceci est encore assez élevé pour changer la couleur des surfaces en bois et dégrader généralement les performances d'un placage de bois.

Aux fins de cette étude, le polypropylène chloré (CPP) a été sélectionné comme adhésif thermofusible pour joindre le placage de bois au WF/PP. Le polypropylène chloré a un point de fusion considérablement plus bas que le MAPP. Le polypropylène chloré a un point de fusion initial de 90 °C et il devient suffisamment fluide pour un traitement thermofusible à 110 °C. À 110 °C, la couleur et les caractéristiques d'origine du placage de surface sont conservées. De plus, il y a moins de risque de changements dimensionnels dans le matériau WF/PP sous-jacent. L'utilisation du CPP à cette fin a déjà été rapportée par Liu et al.21. Cette étude a rapporté les propriétés mécaniques des stratifiés de placage collés CPP sur WF/PP pour les utilisations de mobilier d'intérieur et d'extérieur. De plus, pour les revêtements de sol, il est important que le produit plaqué ait des caractéristiques adéquates de résistance à la flexion, à la traction et aux chocs. Ces paramètres ont tendance à changer avec la température, ils ont donc été étudiés dans une gamme de températures.

Des placages de bois de peuplier (épaisseur de 1,5 ± 0,1 mm) de qualité identique ont été obtenus auprès de Jinan Yuanfang Wood Trading Company (Jinan, Chine). Une partie de ces placages a été sélectionnée au hasard pour être utilisée comme placages pour cette expérience, d'autres placages de bois ont été broyés en fibres de bois qui ont été filtrées avec une gaze filtrante de 40 mesh pour être incorporées dans les composites WF/PP. Le PP (T300; Sinopec Daqing Petrochemical Co., Daqing, Chine) avait un point de fusion de 168 °C, une densité de 0,91 g/L et un indice de fluidité (MFR) de 0,25 à 0,35 g/min à 180 °C. Le MAPP (Shanghai Sunny New Technology Development Co., Shanghai, Chine) avait un pourcentage de greffage de 1% à 1,2%. Le CPP (Shenzhen Jitian Chemical Products Limited Co., Shenzhen, Chine) a été obtenu sous forme de pastilles avec un taux de chloration de 32 %, un MFR de 1,66 g/min à 2,01 g/min à 110 °C, un point de fusion de 90 °C et une densité de 0,93 g/L.

Les WF ont été séchés par un dispositif de traitement de séchage par cyclone à impulsion (MQD-50, Jianda Drying Equipment Co., Changzhou, Chine) comme décrit par Chen et al.22 à 120 °C jusqu'à ce que la teneur en humidité soit inférieure à 3 %. Ensuite, le PP, le WF et le MAPP ont été mélangés dans différents rapports de fraction massique (tableau 1) avec un mélangeur à grande vitesse (SHR-10A ; Zhangjiagang Tonghe Plastic Machinery Co., Zhangjiagang, Chine). Les mélanges ont été granulés avec une extrudeuse à double vis co-rotative (JSH30; Nanjing Rubber and Plastics Machinery, Nanjing, Chine) et coupés en petits granulés à l'aide d'un pulvérisateur. Les granulés ont été extrudés dans les panneaux composites WF/PP d'une épaisseur de 4 mm et d'une largeur de 100 mm à l'aide d'une autre extrudeuse monovis (SJ45 ; Nanjing Rubber and Plastics Machinery, Nanjing, Chine). Comme le montre le tableau 1, trois rapports WF à PP ont été conçus.

La préparation des films CPP est illustrée à la Fig. 1. Les pastilles CPP ont été réparties uniformément dans un moule carré d'une longueur intérieure de 160 mm et d'une épaisseur de 0,1 mm. Ensuite, le moule a été pressé à chaud à 110°C pendant 3 min à une pression de 2 MPa. Après pressage à chaud, le moule a été pressé à froid pendant 5 min pour refroidir à température ambiante (20 ± 3 °C). Le moule a été retiré et le CPP a été façonné en un film carré d'une longueur de 160 ± 1 mm et d'une épaisseur de 0,1 ± 0,02 mm.

Préparation du panneau plaqué WF/PP avec film CPP.

Le film CPP a été placé sur la surface du panneau composite WF/PP et le placage de peuplier a ensuite été placé dessus, comme illustré à la Fig. 1. La structure sandwich résultante a ensuite été pressée à 5 MPa pendant 5 min à 110 ° C et a ensuite été laissé refroidir à l'air. Les panneaux plaqués WF/PP ont ensuite été conditionnés à 20 °C et 65 % d'humidité relative pendant 7 jours avant d'être testés.

La force de liaison de surface du panneau plaqué WF/PP a été testée conformément à la méthode d'étirage vertical, comme illustré à la Fig. 2. Les échantillons avaient des dimensions de 50 mm × 50 mm × 6 mm (longueur × largeur × épaisseur). Un cercle d'une surface de 1000 mm2 a été isolé au milieu de chaque surface d'échantillon en coupant à travers le placage et la couche de liaison. Le placage de bois circulaire isolé a été collé à la tête de fixation vers le haut avec un adhésif thermofusible en polyuréthane3731 (Minnesota Mining and Manufacturing Corporation (3 M), Shanghai, Chine). Ensuite, le reste de l'échantillon a été maintenu par ses bords. Il y avait 12 spécimens dans chaque groupe et le taux de chargement était de 2 mm/s. L'instrument expérimental était une machine d'essai mécanique universelle (RGT-20A; Shenzhen Reger Instrument Co., Shenzhen, Chine).

Le test de force de liaison du composite stratifié WF/PP a été mesuré.

La rugosité de surface du panneau de base WF/PP a été détectée avec un instrument de mesure de rugosité de surface de type contact (SJ-210, Mitutoyo Japan Corporation, Kawasaki, Japon). La hauteur maximale du profil (Rz), l'écart moyen arithmétique du contour (Ra), la hauteur du profil de surface Root-Mean-Square (Rq) et la courbe de contour de la surface sont mesurés et calculés conformément à "ISO 4287:1997 Spécifications géométriques des produits (GPS)—Texture de surface : méthode du profil—Termes, définitions et paramètres de texture de surface". La longueur d'essai est de 5 mm; la sonde est en adamas et la vitesse de déplacement est de 0,5 mm/s ; la pression de la sonde est de 4 mN ; le filtre est GAUSS ; le nombre de collecte de données est de 8000.

Les spécimens ont été découpés dans la forme représentée sur la figure 3 et immobilisés entre deux pinces. La largeur de la section était étiquetée "b" et la largeur de la poignée était étiquetée "b1". La vitesse de chargement était de 2 mm/min, la distance entre les mors était de 120 mm et l'épaisseur de l'éprouvette était de 6 mm. Les éprouvettes ont été testées avec la machine d'essai mécanique universelle RGT-20A (Shenzhen, Chine).

L'éprouvette des propriétés de traction.

Comme le montre la Fig. 4, la distance (l1) entre les deux têtes de support était de 20 fois l'épaisseur de l'échantillon (l), le diamètre des têtes de support (d2) était de 15 mm, la largeur de l'échantillon était de 50 ± 1 mm, la longueur de l'échantillon (l2) était égale à l1 plus 50 mm, la vitesse de chargement était de 10 mm/min et le diamètre de la tête de chargement (d1) était de 30 mm.

Le test des propriétés de flexion.

Un testeur d'impact numérique à faible vitesse Instron 9250HV (Norwood, MA, États-Unis) a été utilisé pour tester la résistance aux chocs à faible vitesse, comme illustré à la Fig. 5. L'échantillon a été placé dans le porte-échantillon pour l'immobiliser. Le faisceau a ensuite été ajusté pour déplacer le marteau vers le bas jusqu'à ce qu'il touche légèrement la surface de l'échantillon. La tête du marteau était un hémisphère en acier d'un diamètre de 22 mm. Le marteau pesait 5,375 kg. Chaque groupe d'échantillons a été testé avec une énergie d'impact initiale de 100 J pour confirmer que l'appareil était capable de les tester jusqu'à leur destruction. Dans ce premier essai, toutes les plaques ont été percées et ont également présenté une déformation plastique permanente d'autres manières.

L'appareil d'essai d'impact à faible vitesse.

La vitesse d'impact initiale était de 2,156 m/s. L'énergie cinétique d'impact a été déterminée par l'équation. (1),

où m est la masse du marteau (kg), v0 est la vitesse d'impact instantanée lorsque le marteau frappe (m/s) et U est l'énergie d'impact absorbée par le panneau (J). L'énergie d'impact absorbée par le panneau a été calculée selon l'équation. (2),

où \({v}_{t}^{2}\) est la vitesse de rebond instantanée maximale du marteau-pilon (m/s) et \(\left(\frac{1}{2}\right)m{v}_{t}^{2}\) est l'énergie cinétique du marteau-pilon causée par la libération d'énergie de déformation élastique du panneau (J). La charge d'impact a été calculée par Eq. (3),

où a(t) est l'accélération instantanée (m2/s) et V(t) est la vitesse instantanée pendant le processus expérimental (m/s). Le déplacement pendant le processus d'impact a été calculé par Eq. (4),

où D(t) est le déplacement pendant le processus d'impact (m)23,24.

La couche de liaison entre le panneau composite WF/PP et le placage de peuplier a été observée au microscope électronique à balayage (JSM7500F ; JEOL, Tokyo, Japon). Les tranches de section ont été préparées par microtomie (décrite ci-dessous). Les échantillons ont été recouverts d'or puis examinés avec une tension d'accélération de 5 kV. La section transversale des composites WF/PP décorés a été étudiée par MEB.

Le tableau 2 montre la moyenne arithmétique de la force de liaison de surface des composites WF/PP décorés de placage de peuplier avec différentes teneurs en fibres de bois. La force de liaison de surface du panneau décoré avec du CPP comme couche intermédiaire était supérieure à 1,2 MPa. À mesure que la teneur en fibres de bois dans le substrat composite WF/PP augmentait, la force d'adhérence de la surface du placage augmentait également (Fig. 6). En effet, une teneur plus élevée en fibres de bois augmente la rugosité de surface du substrat, ce qui à son tour augmente la surface microscopique et améliore ainsi l'adhérence.

La force d'adhérence de surface des composites WF/PP plaqués bois.

Les images SEM en coupe des composites WF / PP sont présentées à la Fig. 7. Les trois couches de placage WF / PP, CPP et peuplier étaient nettement apparentes. Il y avait un petit écart entre le matériau de base CPP et WF/PP lorsque le rapport WF/PP était de 6/4 (Fig. 7a). L'écart s'est aminci au fur et à mesure que la teneur en fibres de bois augmentait, comme le montrent les figures 7b,c.

Les images SEM en coupe des interfaces entre le placage de bois, CPP et WF/PP (a) WF/PP = 6/4, (b) WF/PP = 7/3 et (c) WF/PP = 8/2 panneaux composites.

La rugosité de la surface est l'un des facteurs affectant la force de liaison25,26. On constate sur la Fig. 8 que la capacité de variation de la hauteur du contour de surface augmente avec l'augmentation de la teneur en fibres de bois dans le composite WF/PP. Ces bosses pourraient fournir une surface plus spécifique et un point intégré pour le CPP fondu. Les paramètres de rugosité de surface sont calculés sur la base de la norme ISO 4287:1997 et répertoriés dans le tableau 3. Ra et Rq représentent respectivement la rugosité de surface et la valeur supérieure, ce qui signifie la plus grande rugosité. Le Rz signifie la hauteur maximale du point le plus bas au plus haut. Les paramètres Ra, Rq et Rz augmentent tous avec l'augmentation de la teneur en fibres de bois. Combinant la déclaration de force de liaison de surface, cette rugosité de surface est due aux fibres de bois exposées. Ces fibres de bois exposées ne pourraient pas former une surface lisse comme le PP. La rugosité de surface est liée à la force de liaison du panneau composite plaqué WF/PP.

Contour de surface du composite WF/PP.

Comme le montrent la figure 9 et le tableau 4, la résistance à la traction du groupe témoin et du groupe composite WF/PP plaqué a diminué à mesure que la teneur en fibres de bois augmentait. En effet, la fibre de bois perturbe la continuité du système composite WF/PP à des charges élevées de fibre de bois. La matrice PP n'a pas été en mesure de recouvrir complètement et de se lier aux fibres de bois dans les composites à haute teneur en fibres de bois, ce qui a réduit la résistance à la tension du composite. L'ajout de facettes a amélioré la résistance à la tension du composite.

Les propriétés de résistance à la traction des composites WF/PP.

Cependant, le module de tension a suivi la tendance inverse (Fig. 10). La résistance à la déformation en traction des composites WF/PP augmentait à mesure que la teneur en fibres de bois augmentait, ce qui indiquait que la fibre de bois dans le composite améliorait le module de tension du composite. La valeur moyenne du module de tension des composites plaqués est supérieure à 2,5 GPa. Le placage de bois augmentait le module de tension et semblait avoir été le principal facteur qui déterminait le module de tension dans tous les échantillons plaqués, car tous les rapports WF/PP offraient un module de tension similaire une fois plaqué dans la marge d'erreur.

Les propriétés de module de tension des composites WF/PP.

Les résultats de résistance à la flexion sont présentés sur la figure 11 et le tableau 5. Dans le groupe témoin, la résistance à la flexion est similaire aux données du rapport de Chattopadhyay27. La résistance à la flexion du groupe témoin a diminué à mesure que la teneur en fibres de bois augmentait. Comme pour les résultats des tests de tension rapportés, l'ajout de fibres de bois devrait diminuer la résistance à la flexion. Cependant, les placages ont produit une augmentation remarquable de la résistance à la flexion d'une manière qui, une fois de plus, a dominé les résultats. Il fallait s'y attendre car la résistance à la flexion d'un échantillon en flexion est dominée par les propriétés mécaniques de la couche la plus éloignée de son axe de flexion. La résistance à la flexion diminuait à mesure que la teneur en fibres de bois dans les composites WF/PP augmentait. La tendance radicalement opposée de la résistance à la flexion entre le groupe témoin et le groupe décoré a été attribuée à la résistance des placages de bois et à l'efficacité de leur liaison au composite WF/PP via l'interface CPP. Cela est devenu plus efficace à mesure que la teneur en fibres de bois dans les composites WF/PP augmentait, comme le montre la Fig. 6.

Les propriétés de résistance à la flexion des composites WF/PP.

La courbe de contrainte de flexion-déformation, illustrée à la Fig. 12, a clarifié les performances de liaison entre le composite WF / PP et le CPP et son effet sur la résistance à la flexion. La contrainte de flexion augmentait à mesure que la contrainte de flexion augmentait, mais les courbes présentaient une forme différente près du point de rupture. Les échantillons WF/PP = 6/4 et WF/PP = 7/3 présentaient une relaxation des contraintes qui indiquait que la rupture de ces deux composites stratifiés était couche par couche. À mesure que la contrainte augmente, la contrainte entre chaque couche augmenterait le cisaillement interlaminaire et la liaison entre le CPP et le WF/PP pourrait se rompre. Dans un tel cas, la rupture est indiquée dans la courbe contrainte de flexion-déformation en flexion comme une diminution de la charge. La courbe du composite WF/PP = 8/2 n'a montré aucune phase en escalier, seulement une perte brutale de charge. Cela indiquait que l'interface entre le WF/PP et le CPP était ferme, et donc la rupture s'est produite comme une rupture de traction plutôt que comme une rupture de cisaillement interlaminaire.

La contrainte de flexion par rapport à la contrainte de flexion des composites stratifiés WF/PP.

Le module de flexion du groupe témoin et du composite plaqué augmentait à mesure que la teneur en fibres de bois augmentait (Fig. 13). Le module de tension a également augmenté à mesure que la teneur en fibres de bois augmentait, car les fibres de bois ont un module de tension plus élevé que le PP. De plus, en compression, les fibres de bois sont alignées directionnellement dans le composite WF/PP dans le sens de l'extrusion. La rigidité en flexion du composite WF/PP plaqué a été améliorée par les fibres de bois à l'intérieur du matériau de base et par le placage à l'extérieur du composite WF/PP.

Le module de flexion des composites WF/PP.

La figure 14a montre la face inférieure perforée du composite WF/PP = 6/4 du groupe témoin sans placage après l'impact du marteau-pilon à 100 J. Comme le montre le diagramme, le trou était à peu près circulaire du côté de l'impact et il y avait des preuves d'un cône d'éclatement complètement parti sur la face inférieure. Les figures 14b,c montrent les dessous perforés du composite WF/PP plaqué après l'impact à faible vitesse à 100 J. La face d'impact de ces spécimens avait un petit trou net, comme celui du témoin WF/PP sur la Fig. 14a. Cependant, la surface inférieure du composite stratifié a montré différents schémas de destruction avec différents rapports WF/PP. Le placage bois du dessous du composite WF/PP = 6/4 est séparé du matériau de base composite WF/PP. Cela a confirmé qu'après que la tête du marteau a perforé le composite WF/PP, la tête du marteau a séparé le placage de bois du composite WF/PP avant qu'il ne pénètre dans le placage de bois dans une action séparée et secondaire. La destruction de la face inférieure du composite WF/PP = 8/2 présentait un bord net, un motif très différent du spécimen WF/PP = 6/4. Le résultat de la Fig. 14c montre que le placage de bois et le composite WF/PP se sont étroitement liés comme une plaque entière tout au long de l'impact, le placage et le WF/PP restant collés.

Images des formes de perforation typiques des panneaux composites (a) WF/PP = 6/4 (contrôle), (b) WF/PP = 6/4 et (c) WF/PP = 8/2 après le test d'impact à faible vitesse.

Les résultats de temps de chargement d'impact de trois compositions sont montrés dans les Fig. 15, 16 et 17. Dans la phase initiale de l'essai (d'une durée d'environ 2 s), la charge a rapidement augmenté selon une relation linéaire avec le temps. Les échantillons de contrôle et de placage ont montré cette relation dans les trois compositions. Une fois que le placage de bois a été percé, ce qui s'est produit après environ 2 s, la charge a présenté une légère baisse. Peu de temps après, la résistance a augmenté en raison du contact avec le noyau composite WF/PP. Les spécimens plaqués se sont comportés de la même manière que les témoins pendant cette phase du test. Le groupe témoin et le groupe recouvert ont atteint le pic de charge d'impact presque au même moment et à presque exactement la même force appliquée avec le spécimen WF/PP = 6/4. Lorsque la morphologie de la section transversale de l'interface de la Fig. 7 et la force de liaison de l'interface du composite décoré de la Fig. 6 sont considérées conjointement, il apparaît que le placage de bois n'a pas réussi à améliorer la résistance à la pénétration du panneau composite avec le WF/PP = 6/4 en raison de la faible force de liaison entre la surface du panneau de base et le placage de bois. Cependant, la force maximale de charge d'impact du composite décoré était supérieure à celle du groupe témoin avec les spécimens WF/PP = 7/3 et WF/PP = 8/2. Cela a été attribué à la force de liaison de l'interface entre le noyau WF/PP et le placage de bois, qui était suffisante pour que le panneau plaqué se comporte comme un panneau entier pour ce test. Cela suggère que l'effet d'amélioration du placage de bois en ce qui concerne la pénétration est fortement influencé par la force de liaison de l'interface.

La courbe temps de charge d'impact à faible vitesse du WF/PP = 6/4 spécimens.

La courbe temps de charge d'impact à faible vitesse du WF/PP = 7/3 spécimens.

La courbe temps de charge d'impact à faible vitesse du WF/PP = 8/2 spécimens.

Comme le montrent les Fig. 18, 19 et 20, le travail élastique joue un rôle décisif dans la phase initiale d'absorption d'énergie. Le travail de déformation plastique et la propagation des fissures absorbent un peu plus d'énergie avant que le matériau ne commence à se rompre massivement. Au fur et à mesure que les fissures d'impact se développent, le matériau dans la région d'impact finit par se briser instantanément. A ce moment, l'énergie monte rapidement. Lorsque la tête d'impact perce toute la planche composite, la courbe d'énergie tend à se stabiliser.

La courbe énergie-temps de déformation du marteau tombant du spécimen WF / PP = 6/4.

La courbe énergie-temps de déformation du marteau tombant de l'échantillon WF/PP = 7/3.

La courbe énergie-temps de déformation du marteau tombant de l'échantillon WF/PP = 8/2.

L'énergie de déformation pour percer le panneau composite WF/PP décoré était plus élevée que le groupe témoin. En effet, le placage de bois était plus souple que le panneau composite WF/PP, de sorte qu'une partie de l'énergie de déformation était absorbée par le placage de bois. La couche adhésive élastique absorberait également une partie de l'énergie de déformation. D'autre part, le placage de bois a renforcé l'ensemble du panneau composite, ce qui a entraîné une absorption d'énergie plus élevée. L'échantillon plaqué WF/PP = 8/2 avait la plus grande force de liaison d'interface et l'échantillon plaqué WF/PP = 6/4 avait la plus faible. Cependant, les composites stratifiés WF/PP = 7/3 et WF/PP = 8/2 ont semblé absorber un joule d'énergie de plus dans ce test que le composite stratifié WF/PP = 6/4.

La force de liaison de surface des composites WF/PP recouverts avec du CPP comme couche de liaison dépassait 1,2 MPa. À mesure que la teneur en fibres de bois dans le WF/PP augmentait, la force de liaison entre le placage de bois et le composite WF/PP augmentait également. L'interface entre le CPP et le WF/PP a également eu tendance à se fermer.

Le placage de bois a amélioré la résistance à la traction du composite. Le placage de bois à l'extérieur du composite a également augmenté le module de tension.

La résistance à la flexion et le module ont tous deux été améliorés par le placage de bois. Les propriétés de flexion ont également été influencées par la résistance de l'interface entre le placage de bois, la couche de CPP et le noyau composite WF/PP.

Les résultats des tests d'impact à faible vitesse et de pénétration progressive ont indiqué qu'une teneur plus élevée en fibres de bois du panneau de base WF / PP et une force de liaison de surface plus élevée entraîneront chacune une résistance aux chocs et une absorption d'énergie plus élevées.

Le panneau composite WF/PP plaqué bois avec CPP comme adhésif a une propriété mécanique élevée et un aspect gracieux qui convient pour être le sol d'intérieur et d'autres matériaux de mobilier d'intérieur.

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Cette recherche a été financée par la National Natural Science Foundation of China (Grant No. 31901243).

École d'art et de design, Université de Taizhou, Taizhou, 318000, République populaire de Chine

Yinan Liu, Feng Chen, Xiaohui Ni et Xinghua Xia

Faculté des technologies créatives et du patrimoine, Université de Malaisie Kelantan, 16100, Kelantan, Malaisie

Xinghua Xia

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Expériences conçues par YL et FC ; YL, FC et XN ont réalisé des expériences ; YL a analysé les résultats expérimentaux. FC a analysé les données de séquençage et développé des outils d'analyse. XN a assisté au test des propriétés mécaniques. YL, FC, XN ont rédigé le manuscrit. Tous les auteurs ont examiné le manuscrit.

Correspondance à Feng Chen.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Liu, Y., Chen, F., Ni, X. et al. Effet du renforcement sur les propriétés mécaniques des composites fibre de bois/polypropylène plaqués assemblés avec du polypropylène chloré. Sci Rep 12, 14007 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-17777-w

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Reçu : 24 avril 2022

Accepté : 30 juillet 2022

Publié: 17 août 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-022-17777-w

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