Amélioration des propriétés physiques et mécaniques des matériaux composites

L’utilisation de fibres de renforcement dans un matériau composite à base de bois peut aider à augmenter les propriétés physiques et mécaniques de celui-ci. Les fibres de renforcement les plus connues sont la fibre de verre et la fibre de carbone, mais il y a d’autres types de fibres de renforcement comme les fibres naturelles (coton, lin, chanvre, jute, etc.), les fibres synthétiques (Kevlar, Amarid, etc.) et les fibres animales (fil d’araignée, ver à soie, attacus atlas, bombyx mori, etc.). Le tableau 1.2 présente les principales propriétés des fibres de renforcement.

L’utilisation de fibres naturelles comme les fibres de renforcement de matériaux composites a augmenté en raison de leurs propriétés mécaniques et de leur performance environnementale car les fibres naturelles peuvent être facilement recyclables. Une des principales considérations dans l’utilisation des fibres naturelles ou des tissus de fibres naturelles est le niveau de torsion, lequel est important pour l’imprégnation de l’adhésif. Une augmentation du niveau de torsion produit une diminution des propriétés mécaniques (Goutianos et al. 2006). Plusieurs expériences ont été réalisées pour améliorer les propriétés mécaniques des matériaux composites à base de bois. Xu et al. (1998b) ont utilisé les tissus de jute (Corchorus spp) et de bambou (Phyllostachys pubescens) comme fibre de renforcement dans la fabrication de panneaux contreplaqués de bois de meranti jaune (Shorea spp) collés avec un adhésif contenant du phénol-résorcinol-formaldéhyde. Les propriétés mécaniques comme le module d’élasticité, le module de rupture et le module de cisaillement des panneaux contreplaqués faits avec les fibres de renforcement augmentent par rapport aux panneaux sans renforcement. Pourtant les résultats ont démontré l’efficacité des fibres comme renforcement du matériau composite.

Abdul Khalil et al. (2010) ont développé un matériau composite à base de bois hybride pour étudier leurs propriétés mécaniques. Les résultats ont montré que le renforcement a amélioré plusieurs propriétés mécaniques et physiques du panneau contreplaqué. Xu et al. (1998a) ont aussi étudié l’effet de la longueur et l’orientation des fibres de charbon sur les propriétés mécaniques des panneaux contreplaqués. Les résultats ont démontré que le contreplaqué renforcé avec des fibres de carbone courtes et dans une orientation aléatoire présentent une amélioration des propriétés mécaniques (module de cisaillement et résistance à la flexion) par rapport au panneau contreplaqué sans renforcement. Cai (2006) a évalué les propriétés physiques et mécaniques des panneaux MDF et PLO renforcés avec fibre de verre. Une couche mince de fibre de verre/résine a été collée sur chaque surface des panneaux agglomérés. Les résultats ont montré que la consolidation de la couche de fibre de verre/résine sur les surfaces du panneau MDF et PLO ont amélioré les propriétés mécaniques comme le module d’élasticité et le module de rupture, ainsi que les propriétés physiques comme la résistance à l’adsorption d’eau et la résistance au gonflement de l’épaisseur des matériaux composites. Mohebby et al. (2011) ont aussi évalué l’influence du renforcement avec un filet de métal et synthétique sur les propriétés mécaniques du panneau MDF. Les résultats ont révélé que le module d’élasticité et le module de rupture ont été augmentés significativement en raison du renforcement. Le MOR du matériau composite a augmenté de 105%.

Borysiuk et al. (2007) ont étudié la possibilité de renforcer un panneau de particules de trois plis avec de la fibre de verre. Trois différentes variations de déplacement du matériau de renforcement ont été étudiées. Les meilleurs résultats sur les propriétés mécaniques ont été obtenus par l’introduction du filet de fibre de verre sur la surface et entre les plis extérieurs et le pli intérieur du panneau de particules. De même, les propriétés physiques ont été améliorées avec le même déplacement du matériau de renforcement. Bouffard et Amiotte (2011) ont évalué l’amélioration des propriétés mécaniques du matériau composite à base de bois en utilisant différents adhésifs et fibres de renforcement. Les résultats ont écarté l’usage des panneaux contreplaqués et des panneaux HDF comme substrat de lames de plancher d’ingénierie. Au contraire, les panneaux contreplaqués de peuplier faux-tremble (Populus tremuloides Michx) et hybrides (panneau contreplaqué de peuplier faux-tremble et panneau d’HDF) ont présenté des propriétés mécaniques intéressantes pour un substrat de lames de plancher d’ingénierie (Tableau 1.3). L’addition d’une fibre de renforcement aux matériaux composites à base de bois n’augmente pas les propriétés mécaniques des panneaux de peuplier faux-tremble.