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Keywords:

  • thermoplastic composites;
  • highly filled composites;
  • lignin;
  • catalytic grafting;
  • mechanical properties;
  • micro-mechanical model;
  • adhesion;
  • Ziegler-Natta polymerization

Abstract

Highly filled lignin/polyethylene composites, with enhanced mechanical properties, were studied. Composites are prepared using the catalytic grafting technique of polyethylene on lignin particles. This technique improves wetting and dispersion of additives in the matrix as well as interactions between these two components. Mechanical properties (tensile and impact) and morphology of the composites were measured. The experimental results showed that highly filled HDPE/lignin composites (up to 73 vol%) could be produced by catalytic grafting. Tensile properties of the composites were quantitatively analysed using a micromechanical model for particulate composites based on an energy balance. Model predictions for Young's modulus are in excellent agreement with experimental results. The adjustable parameters of the model were varied from one composite to the other in a way which corresponds to the basic concepts related to particulate composites in general and to catalytic grafting in particular.

Des compostes lignine/polyéthylène, à haute teneur en lignine, avec toutefois de bonnes propriétés mécaniques ont été étudiés. Les composites sont “synthétisés” par greffage catalytique du polyéthylène sur des particules de lignine, améliorant ainsi la dispersion des particules dans la matrice, le mouillage des particules solides et les interactions entre ces deux composants. Les propriétés mécaniques (traction et impact) et la morphologie des composites ont été examinées. Les résultats expérimentaux ont montré qu'il est possible de produire par la technique de greffage catalytique des composites hautement chargés sans pour autant sacrifier toutes les propriétés mécaniques du matériau de base. Le comportement en traction a été analysé quantitativement en utilisant un modèle micromécanique pour les composites à particules sphériques basé sur un bilan energétique. Les prédictions théoriques pour le modules d'Young des composites sont en excellent accord avec les données expérimentales. Pour une meilleure correspondance entre les résultats théoriques et les données expérimentales, il a fallu faire varier les paramètres ajustables du modèle de telle sorte que les concepts de base des composites à base de particules en général et ceux reliés au greffage catalytique en particulier soient logiquement respectés.