Study of the hygrothermal and UV ageing of composites prepared from High Density Polyethylene and various natural fiber flours

Ce travail de recherche s’inscrit dans le cadre d’une collaboration entre l’IRDL et une entreprise majeure du bois composite européen. Les objectifs de ce projet sont d’estimer la durabilité des bois composites (WPC) destinés à être utilisés en environnement extérieur et d’étudier des voies d’améliorations possibles. Les mécanismes de vieillissement du bois composite sont souvent liés à l’action de l’eau, ainsi des essais d’absorption d’eau relativement longs sont utilisés pour s’assurer en première approximation de la bonne durabilité des mélanges. Un protocole d’absorption d’eau développé permet d’obtenir dans un délai relativement court les propriétés d’absorption d’eau (saturation en eau, cinétique de diffusion) des formulations fabriquées par extrusion. Le comportement pseudo-Fickien des composites est modélisé à partir de modèles mathématiques utilisant un coefficient défini comme la contrainte de gonflement. De nombreuses pistes sont étudiés pour essayer de déterminer les caractéristiques des constituants et la manière dont elles influencent l’absorption d’eau. Un protocole de vieillissement accéléré (UV, pluie, gel-dégel) est appliqué pour identifier les mécanismes de dégradation de composites absorbants différentes quantités d’eau. Enfin, des nouvelles farines végétales (colza, miscanthus, tournesol…) sont étudiées pour remplacer la farine de bois. Les propriétés des farines et des nouveaux composites sont comparées afin de déterminer l’apport de ces farines par rapport au bois.This research project is part of a partnership between the IRDL and a major European wood plastic composite company. The objectives of this project are to estimate the durability of wood plastic composites (WPC) intended for use in the outdoor environment and to study possible ways of their improvement. The ageing mechanisms of WPC are often linked to the action of water, so relatively long water absorption tests are used to ensure as a first approximation of the good durability of these mixtures. A water absorption protocol is developed in this thesis to improve these tests and allows to obtain in a relatively short time the water absorption properties of the tested WPC (water saturation, diffusion kinetics). The pseudo-Fickian behavior of composites is modelled from mathematical models using a coefficient defined as swelling stress. Hypotheses (porosity, mechanics...) are investigated to identify the characteristics of constituents which can influence water absorption of composites. An accelerated ageing protocol is applied to determine the degradation mechanisms of different composites. Finally, new natural flours (rapeseed, miscanthus, sunflower, etc.) are studied to substitute wood flour. The properties of new flours and composites are compared to wood flour and wood composite