Caractérisation des matériaux composites à structure sandwich

La première partie de la recherche a été consacrée à déterminer les propriétés physiques et mécaniques des matériaux composites développées. D’abord les essais préliminaires réalisés ont permis d’écarter les différentes configurations de matériaux composites et de sélectionner une structure sandwich comme la plus appropriée pour la suite de la recherche. Les propriétés des matériaux composites dépendent principalement de leur configuration et des matériaux utilisés pour leur fabrication. La figure 3.7 représente la configuration du matériau composite, lequel est composé d’un panneau aggloméré à base de bois comme noyau et d’une tôle d’alliage d’aluminium comme peau. Les deux revêtements du matériau composite, d’épaisseur tp, sont responsables pour supporter les forces en tension et en compression. Le noyau, d’épaisseur hc est un panneau aggloméré à base du bois qui peut supporter les tensions en cisaillement, et s’occupe de séparer les revêtements ou les peaux en augmentant les valeurs de moment d’inertie de la section.

Matériaux pour la fabrication des matériaux composites à structure sandwich

Quatre types de panneaux agglomérés à base de bois ont été sélectionnés comme noyau pour la fabrication des matériaux composites : panneau de fibres à haute densité, panneau de fibres à moyenne densité, panneau de lamelles orientées, et panneau contreplaqué de peuplier faux-tremble. Les trois premiers panneaux ont été fournis par l’industrie canadienne des panneaux, tandis que le panneau contreplaqué a été fabriqué dans le laboratoire. Comme peaux des matériaux composites, une tôle d’alliage d’aluminium 3003 de 0,6 mm d’épaisseur a été sélectionnée par rapport aux essais préalables réalisés dans le laboratoire. Le polyuréthane (Macroplast UR-8340 Series) a aussi été sélectionné comme adhésif pour coller la tôle d’alliage d’aluminium et le panneau aggloméré à base de bois.

Processus de fabrication des matériaux composites à structure sandwich

La figure 3.8 représente le diagramme du matériau composite qui a été fabriqué en laboratoire. Pour la fabrication des matériaux composites à structure sandwich, les panneaux agglomérés à base de bois ont été dimensionnés en 24po x 24po, puis ils ont été conditionnés à 20°C de température et 42% d’humidité relative jusqu’à avoir une masse constante (8% de teneur en humidité). La tôle d’alliage d’aluminium a été sablée avec un papier abrasif N° 150 pour donner plus de surface de contact. La tôle a ensuite été nettoyée et dégraissée avec de l’acétone, tandis que les panneaux agglomérés ont été sablés avec un papier abrasif N° 120 et nettoyés. L’adhésif polyuréthane a été appliqué en utilisant un rouleau sur la surface du panneau aggloméré et aussi sur la surface de la tôle d’alliage d’aluminium. Afin de réaliser les différents essais, les matériaux composites fabriqués ont été placés dans la chambre de conditionnement à 20°C de température et 65% d’humidité relative, jusqu’à avoir une masse constante. Le but a été d’uniformiser la teneur en humidité d’équilibre à 12%.

Les propriétés physiques et mécaniques des panneaux agglomérés à base de bois ont été déterminées afin de les comparer avec celles des matériaux composites à structure sandwich. La masse volumique des panneaux agglomérés à base de bois a été calculée selon la norme ASTM 2395-07a Standard Test Methods for Evaluating Properties of Wood-Base Fiber and Particle Panel Materials (ASTM 2013). La teneur en humidité a été mesurée en accord avec la norme ASTM D4442 Méthode B. Standard test methods for direct moisture content measurement of wood and wood-based materials (ASTM 2013). Le gonflement en épaisseur, l’absorption d’eau et la dilatation linéaire ont été déterminés en accord avec la norme ASTM D1037.06a. Les propriétés mécaniques comme la cohésion interne en tension perpendiculaire à la surface, le module d’élasticité (MOE) et le module de rupture (MOR) en flexion statique à trois points et le cisaillement dans le plan du panneau ont été aussi déterminés selon la norme ASTM D1037.06a. Standard Test Methods for Evaluating Properties of Wood-Base Fiber and Particle Panel Materials (ASTM 2012).

Le gonflement en épaisseur, l’absorption d’eau et la dilatation linéaire des matériaux composites ont aussi été déterminés en accord avec la norme ASTM D1037.06a (ASTM 2012). Les propriétés mécaniques des matériaux composites comme la cohésion interne en tension perpendiculaire à la surface, le MOE et le MOR en flexion statique à trois points et le cisaillement dans le plan du panneau ont aussi été déterminées selon la norme ASTM D1037.06a. Standard Test Methods for Evaluating Properties of Wood-Base Fiber and Particle Panel Materials (ASTM 2012). Enfin, la résistance à la tension perpendiculaire à la surface des matériaux composites a été calculée en accord avec la norme européenne EN 311 :2002. Wood-based panels-surface soundness-test method,” European Committee for Standardization, European Standard (European Standard 2002).