Un procédé polyvalent d’extrusion à deux vis pour fournir un prétraitement thermo-mécano-chimique efficace sur la biomasse lignocellulosique a été développé, ce qui conduit à un rapport d’aspect moyen accru des fibres. Un liant naturel peut également être ajouté en continu après l’affinage des fibres, conduisant à des panneaux de fibres biosampés avec des propriétés mécaniques améliorées après pressage à chaud du matériau extrudé obtenu.
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Article de méthode
Procédé d’extrusion à deux vis pour produire des panneaux de fibres renouvelables
Dans cet article
Résumé
Résumé
Un procédé polyvalent d’extrusion à deux vis pour fournir un prétraitement thermo-mécano-chimique efficace sur la biomasse lignocellulosique avant de l’utiliser comme source de renforcement mécanique dans des panneaux de fibres entièrement bioséo-biosûres a été développé. Divers sous-produits végétaux lignocellulosiques ont déjà été prétrâtrés avec succès grâce à ce processus, par exemple les pailles de céréales (en particulier le riz), la paille de coriandre, les frissons de paille de lin oléagineux et l’écorce des tiges d’amarante et de tournesol.
Le processus d’extrusion entraîne une augmentation marquée du rapport d’aspect moyen des fibres, ce qui améliore les propriétés mécaniques des panneaux de fibres. L’extrudeuse à deux vis peut également être équipée d’un module de filtration à l’extrémité du canon. L’extraction continue de divers produits chimiques (par exemple, les sucres libres, les hémicelluloses, les volatils des fractions d’huiles essentielles, etc.) du substrat lignocellulosique, et le raffinage des fibres peuvent donc être effectués simultanément.
L’extrudeuse peut également être utilisée pour sa capacité de mélange: un liant naturel (par exemple, les lignines Organosolv, les tourteaux à base de protéines, l’amidon, etc.) peut être ajouté aux fibres raffinées à l’extrémité du profil de vis. Le prémélange obtenu est prêt à être moulé par pressage à chaud, le liant naturel contribuant à la cohésion des panneaux de fibres. Un tel processus combiné dans une seule passe d’extrudeuse améliore le temps de production, le coût de production et peut entraîner une réduction de la taille de la production de l’usine. Parce que toutes les opérations sont effectuées en une seule étape, la morphologie des fibres est mieux préservée, grâce à un temps de séjour réduit du matériau à l’intérieur de l’extrudeuse, ce qui se traduit par des performances améliorées du matériau. Une telle opération d’extrusion en une seule étape peut être à l’origine d’une intensification précieuse du processus industriel.
Comparativement aux matériaux commerciaux à base de bois, ces panneaux de fibres entièrement biosyés n’émettent pas de formaldéhyde, et ils pourraient trouver diverses applications, par exemple, des conteneurs intermédiaires, des meubles, des revêtements de sol domestiques, des étagères, une construction générale, etc.
Introduction
L’extrusion est un processus au cours duquel un matériau qui coule est forcé à travers une matrice chaude. L’extrusion permet donc la formation de produits préchauffés sous pression. La première extrudeuse industrielle à vis unique est apparue en 1873. Il a été utilisé pour la fabrication de câbles continus métalliques. À partir de 1930, l’extrusion à une seule vis a été adaptée à l’industrie alimentaire pour produire des saucisses et du passé. À l’inverse, la première extrudeuse à deux vis a d’abord été utilisée pour les développements de l’industrie alimentaire. Il n’est apparu dans le domaine des polymères synthétiques que dans les années 1940. À cette fin, de nouv....
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Protocole
1. Préparer les matières premières
- Utilisez des frissons de lin oléagineux, qui sont le résultat d’une étape préliminaire d’extraction mécanique des fibres libériennes de la paille dans un dispositif d’extraction « toutes fibres »51. Utilisez un tamis vibrant pour enlever les fibres textiles courtes qu’elles peuvent encore contenir.
REMARQUE: Comme l’enlèvement de ces fibres textiles courtes peut être difficile, n’hésitez pas à répéter cette opération de tamisage autant de fois que nécessaire. Ici, l’objectif est d’améliorer l’écoulement des shives de lin oléagineux dans la trémie du chargeur de poids, et, par conséquent, de facili....
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Résultats
Lors de l’affinage des fibres des shives de lin oléagineux à l’aide de la configuration (étape 3.1.1), de l’eau a été délibérément ajoutée à un rapport liquide/solide égal à 1,0. Selon les travaux précédents25,26,27,un tel rapport liquide/solide préserve mieux la longueur des fibres raffinées à la sortie de l’extrudeuse à deux vis que des rapports inférieurs, ce qui contribue simultanément à une augmentation de leur rapport d’as.......
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Discussion
Le protocole décrit ici décrit comment traiter l’extrusion-affinage de fibres lignocellulosiques avant de les utiliser comme renfort mécanique dans des panneaux renouvelables. Ici, l’extrudeuse à deux vis utilisée est une machine à l’échelle pilote. Avec des vis de 53 mm de diamètre (D), il est équipé de huit modules, chacun de longueur 4D, à l’exception du module 1 qui a un 8D longueur, correspondant à une longueur totale 36D (c’est-à-dire 1 908 mm) pour le canon. Sa longueur est suffisamment longue pour appliquer au ma.......
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Déclarations de divulgation
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Matériaux
| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Duromètre analogique | Bareiss | HP Shore | Appareil utilisé pour la détermination de la dureté superficielle Shore D des panneaux de fibres |
| Four à cendres | Nabetherm | Controller B 180 | Four utilisé pour la détermination de la teneur en minéraux |
| Sécheur à bande | Clextral | Evolum 600 | Séchoir à bande utilisé pour le séchage continu des extrudats à la sortie de l’extrudeuse à double vis |
| Unité d’extraction à froid | FOSS | FT 121 Fibertec | Extracteur à froid utilisé pour déterminer la teneur en fibres à l’intérieur des matériaux solides |
| Densitomètre | MA. TEC | Densi-Tap IG/4 | Appareil utilisé pour déterminer les densités apparentes et taraudées des extrudats une fois séchés |
| Mélangeur à double hélice | Electra | MH 400 | Mélangeur utilisé pour la préparation du mélange solide composé des anas bruts et du tourteau de lin plastifié pour la production de la planche numéro 12 |
| Analyseur de morphologie des fibres | Techpap | MorFi Compact | Analyseur utilisé pour déterminer les caractéristiques morphologiques des anas raffinés par extrusion |
| Alimentateur gravimétrique à bande | Coperion K-Tron | SWB-300-N | Alimentateur utilisé pour la quantification des anas de lin oléagineux |
| Alimentateur gravimétrique à vis | Coperion K-Tron | K-ML-KT20 | Alimentateur utilisé pour la quantification du tourteau de lin plastifié |
| Broyeur à marteaux | Electra | BC P | Concasseur utilisé pour le broyage de granulés en tourteau de lin plastifié |
| Presse hydraulique chauffée | Pinette Emidecau Industries | PEI 400-t | Presse hydraulique utilisée pour le moulage des panneaux de fibres par pressage à chaud |
| Unité d’extraction à chaud | FOSS | FT 122 Fibertec | Extracteur à chaud utilisé pour déterminer les teneurs en fibres solubles dans l’eau et en fibres à l’intérieur des matériaux solides |
| Logiciel d’analyse d’images | National Institutes of Health | ImageJ | Logiciel utilisé pour déterminer les caractéristiques morphologiques des anas bruts |
| Paille de lin oléagineuse | Ovalie Innovation | N/A | Matière première fournie pour les travaux expérimentaux |
| Pompe à piston | Clextral DKM | Super MD-PP-63 | Pompe utilisée pour la quantification et l’injection d’eau |
| Scanner | Toshiba | e-Studio 257 | Scanner utilisé pour la prise d’une image d’anas bruts en niveau de gris |
| Alimentateur latéral | Clextral | E36 | Alimentateur utilisé pour forcer l’introduction du tourteau de lin plastifié à l’intérieur du fût (au niveau du module 5) pour la configuration (b) |
| Analyseur thermogravimétrique | Shimadzu | TGA-50 | Analyseur utilisé pour effectuer l’analyse thermogravimétrique des solides en cours de traitement |
| Extrudeuse bivis | Clextral | Evolum HT 53 | Extrudeuse bivis co-rotative et co-pénétrante à l’échelle pilote d’une longueur totale de 36D (D est le diamètre de la vis, c’est-à-dire 53 mm) |
| Four universel | Memmert | UN30 | Four utilisé pour la détermination de la teneur en humidité Machine d’essai |
| universelle | Instron | 33R4204 | Machine d’essai utilisée pour déterminer les propriétés de flexion des panneaux de fibres |
| Four ventilé | France Etuves | XL2520 | Four utilisé pour le séchage discontinu des extrudats à la sortie de l’extrudeuse bivis |
| Tamis vibrant | RITEC | RITEC 600 | Tamis vibrant utilisé pour le tamisage du tourteau de lin plastifié |
| Tamis vibrant Tamiseur vibrant | RITEC | RITEC 1800 | Agitateur de tamis utilisé pour éliminer les fibres libériennes courtes emprisonnées à l’intérieur des anas de lin oléagineux |
Références
- Martelli, F. G. Twin-screw extruders: a basic understanding. , Vans Nostrand Reinhold Company. New York. (1983).
- Evon, P., Vandenbossche, V., Candy, L., Pontalier, P. Y., Rouilly, A. Twin-screw extrusion: a ke....
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Réimpressions et autorisations
