Les mélanges polyamides et lignine, une alternative renouvelable pour la réalisation de nouvelles fibres organiques et de précurseurs pour fibres de carbone

Abstract

La fibre de carbone (FC) est un matériau incontournable de l’industrie composite haute performance. Elaborée dans sa grande majorité à partir d’un précurseur couteux et d’origine fossile, le Polyacrylonitrile (PAN), elle est principalement utilisée dans des secteurs à forte valeur ajoutée. Des précurseurs bio-sourcés et peu couteux alternatifs sont envisagés afin de s’affranchir du PAN pour l réduction de poids dans l’industrie automobile. La lignine, depuis longtemps identifiée parmi les précurseurs d’origine renouvelable bon marché, est aujourd’hui disponible en quantité et qualité industrielles. Cependant, sa variabilité et sa complexité moléculaire, nécessitent bien souvent la réalisation de précurseurs hybrides. L’association avec d’autres polymères permet de garder les avantages de chacun des constituants (cout, mise en oeuvre, propriétés mécaniques…). Les travaux présentés dans ce manuscrit, découlent de ce constat et s’orientent sur l’utilisation d’alliage lignine et de thermoplastiques polyamides. Différents types de polyamides (PA11, PA12, PEBA) sont étudiés en mélange par voie fondu avec une lignine de feuillu extraite via le procédé organosolv. Les matériaux sont caractérisés par analyses calorimétriques, thermogravimétriques, rhéologiques et mécaniques. Il est montré que le caractère hydrophile du copobloc PEBA conduit à une miscibilité totale de la lignine permettant d’intégrer une forte part de matière d’origine renouvelable. Le PA 11, bien que non miscible, présente néanmoins une forte affinité avec les molécules de lignines. Ces mélanges conduisent à des alliages aux propriétés mécaniques comparables à celles de la matrice polymère tout en contenant une forte composante renouvelable. De plus, la carbonisation de ces matériaux conduit à la formation de fibre de carbone aux propriétés modestes mais comparables avec les FC exLignine existantes.