Propriétés physiques et mécaniques de panneaux agglomérés renforcés avec un alliage d aluminium. FRANZ SEGOVIA ABANTO 82 e Congrès de l ACFAS 2014 1
MISE EN CONTEXTE Figure: Représentation graphique de matériaux en fonction de leurs modules d élasticité et leurs masses volumiques (Ashby et al, 2007) 2
MISE EN CONTEXTE Performance Technique L APPROCHE MULTICRITÈRE Développement d un matériau composite Performance Environnementale Propriétés physiques et mécaniques Conception Normative Consommateur plus conscient Demande d'architectes Performance Économique Augmentation du marché Coûts de production Marché spécialisé Valeur ajoutée 3
REVUE DE LITTÉRATURE https://www.google.ca/search?q=sandwich+composite+structure&source https://www.cnde.iastate.edu/ultrasonics-and-composites/modeling-cracks-and-delaminationscarbon-fiber-composites-frank-margetan 4
REVUE DE LITTÉRATURE Renforcement de matériau composite à base de bois N Matériau Matériau Renforcement Type de renforcement Amélioration des propriétés mécaniques Source 1 Contreplaqué Fibre de verre À la surface MOE et MOR Biblis et Carino, 2000 2 MDF/PLO Fibre de verre À la surface MOE et MOR Cai, 2006 3 Contreplaqué Fibres naturelles Entre plis MOE et MOR Xu et al. 1998a 4 Contreplaqué Fibres Synthétiques Entre plis 5 Contreplaqué Fibres naturelles et synthétiques Entre plis MOE, MOR et Cisaillement MOE et MOR Xu et al. 1998b Bouffard et Amiotte, 2011 6 Contreplaqué Fibres naturelles Entre plis MOE et MOR Abdul et al. 2010 7 Particules Fibre de verre À la surface MOE et MOR Borysiuk et al. 2007 8 MDF Placage du bois À la surface MOE et MOR Buyuksari et al. 2012 9 MDF Grille métallique et synthétique Dans le panneau MOE et MOR Mohebby et al. 2011 10 PLO Placage du bois À la surface MOE et MOR Biblis et al. 1996 5
REVUE DE LITTÉRATURE Renforcement de matériau composite à base de bois (Cai.2006) 6
REVUE DE LITTÉRATURE Renforcement de matériau composite à base de bois (Bouffard et Amiotte. 2011) 7
OBJECTIFS Développer un matériau composite selon une approche multicritère en prenant en compte simultanément plusieurs critères techniques, économiques et environnementaux. Objectifs spécifiques: Développer un matériau composite à base de bois et déterminer ces propriétés physiques et mécaniques. Estimer les coûts de production du matériau composite au niveau industriel. Déterminer des applications potentielles au matériau composite en utilisant une méthodologie de recherche qualitative. Déterminer la performance environnementale du matériau composite à base de bois à travers l évaluation des impacts environnementaux par une analyse du cycle de vie. 8
ESSAIS PRÉLIMINAIRES Axe 1 : Caractérisation d un matériau composite à base de bois laminé avec alliage d aluminium. 20 C, 20% HR 20 C, 80% HR Figure: Panneau nid d abeille d aluminium utilisé comme lame de plancher d ingénierie 9
ÉSSAIS PRÉLIMINAIRES Axe 1 : Caractérisation d un matériau composite à base de bois laminé avec alliage d aluminium. Paramètres de pressage utilisés Température: 22 C Pression: 110 PSI Temps de pressage: 4 heures Quantité d adhésif: 20-24 g/pi 2 10
ESSAIS PRÉLIMINAIRES Axe 1 : Caractérisation d un matériau composite à base de bois laminé avec alliage d aluminium. Module d Élasticité (MOE) Module d Élasticité(MOE) 11
MATÉRIELS ET MÉTHODOLOGIE Matériels: Surface: Toile d alliage d aluminium de 0,6 mm d épaisseur (3003) Préparation: Dégraissage, Ponçage Cœur: Panneau de fibres à haute densité (HDF), Panneau de fibres à densité moyenne (MDF), Panneau de lamelles orientées (OSB), Panneau contreplaqué (Plywood). Préparation: Ponçage Adhésif: Polyuréthane (Macroplast UR-8340 Series). Paramètres de pressage Valeurs cibles Temperature de pressage ( C) 120 Pression de Pressage (kpa) 689 Temps de Pressage (min) 6 Quantité d adhésif (g/m 2 ) 130 Dimensions 24 x 24 12
MATÉRIELS ET MÉTHODOLOGIE Axe 1 : Caractérisation d un matériau composite à base de bois laminé avec alliage d aluminium. Essais de caractérisation du matériau composite Essais de gonflement en épaisseur, adsorption d eau et de dilatation linéaire (ASTM D1037.06a) Essais de flexion statique en trois points (ASTM D1037.06a) Essais de cohésion interne (ASTM D1037.06a) Essais de cisaillement dans le plan du panneau (ASTM D1037.06) Essais d arrachement perpendiculaire à la surface. (BS EN 311:2002) 13
RÉSULTATS Tableau : Propriétés physiques des panneaux composites à base de bois laminés et non laminés avec alliage d aluminium. Panneau composite à base de bois Propriétés physiques Masse volumique (kg/m3) 2 heures d'immersion 24 heures d'immersion Coefficient de dilatation linéaire (β) (%) 50% to 80% HR Teneur en humidité (%) Gonflement en épaisseur (%) Absorption d'eau (%) Teneur en humidité (%) Gonflement en épaisseur (%) Absorption d'eau (%) HDF 817 (14,9) 10,02 2,949 (0,34) 3,637 (0,09) 23,4 9,296 (0,21) 14,044 (0,63) 0,19 (0,01) R-HDF 1029 4,59 --- 0,452 (0,02) 5,85 0,382 (0,14) 1,652 (0,08) 0,00 (0,00) MDF 800 (4,3) 14,49 3,168 (0,09) 4,587 (0,01) 33,66 14,250 (0,25) 22,050 (0,18) 0,16 (0,02) R-MDF 1013 7,45 1,049 (0,61) 2,740 (0,91) 25,19 16,165 (2,57) 19,697 (2,42) --- PLO 660 (8,5) 20,08 3,879 (0,81) 10,231 (0,42) 47,38 14,807 (1,50) 35,284 (1,22) 0,06 (0,01) R-PLO 886 6,96 0,812 (0,39) 2,769 (0,09) 15,93 2,464 (0,99) 11,374 (1,06) --- Contreplaqué 542 (1,1) 30,96 2,176 (0,32) 15,416 (2,42) 55,18 4,613 (0,40) 36,754 (4,67) 0,06 (0,01) R-Contreplaqué 800 10,43 0,114 (0,08) 10,431 (0,71) 19,62 1,645 (0,83) 12,730 (2,37) 0,01 (0,01) 14
RÉSULTATS (a) R-HDF R-MDF (b) R-PLO R-Contreplaqué Figure: (a)absorption d eau et (b)gonflement en épaisseur des panneaux composites à 15 base de bois laminés et non laminés avec alliage d aluminium.
RÉSULTATS Tableau : Propriétés physiques des panneaux composites à base de bois laminés et non laminés avec alliage d aluminium. Panneau composite à base de bois Propriétés physiques Masse volumique (kg/m3) 2 heures d'immersion 24 heures d'immersion Coefficient de dilatation linéaire (β) (%) 50% to 80% HR Teneur en humidité (%) Gonflement en épaisseur (%) Absorption d'eau (%) Teneur en humidité (%) Gonflement en épaisseur (%) Absorption d'eau (%) HDF 817 (14,9) 10,02 2,949 (0,34) 3,637 (0,09) 23,4 9,296 (0,21) 14,044 (0,63) 0,19 (0,01) R-HDF 1029 4,59 --- 0,452 (0,02) 5,85 0,382 (0,14) 1,652 (0,08) 0,00 (0,00) MDF 800 (4,3) 14,49 3,168 (0,09) 4,587 (0,01) 33,66 14,250 (0,25) 22,050 (0,18) 0,16 (0,02) R-MDF 1013 7,45 1,049 (0,61) 2,740 (0,91) 25,19 16,165 (2,57) 19,697 (2,42) --- PLO 660 (8,5) 20,08 3,879 (0,81) 10,231 (0,42) 47,38 14,807 (1,50) 35,284 (1,22) 0,06 (0,01) R-PLO 886 6,96 0,812 (0,39) 2,769 (0,09) 15,93 2,464 (0,99) 11,374 (1,06) --- Contreplaqué 542 (1,1) 30,96 2,176 (0,32) 15,416 (2,42) 55,18 4,613 (0,40) 36,754 (4,67) 0,06 (0,01) R-Contreplaqué 800 10,43 0,114 (0,08) 10,431 (0,71) 19,62 1,645 (0,83) 12,730 (2,37) 0,01 (0,01) R-PLO R-MDF 16
RÉSULTATS Propriétés mécaniques: (a) (b) Figure : (a)module d élasticité (MOE) et (b)module de rupture (MOR) des panneaux composites à base de bois laminés et non laminés avec alliage d aluminium. 17
RÉSULTATS (b) (a) (b) Figure: (a) Cohésion Interne (MPa) et (b) Résistance au cisaillement (MPa) des panneaux composites à base de bois laminés et non laminés avec alliage d aluminium. 18
RÉSULTATS Tableau : Propriétés mécaniques des panneaux composites à base de bois laminés et non laminés avec alliage d aluminium. Panneau composite à base de bois Épaisseur (mm) Masse volumique (kg/m 3 ) Propriètès Mécaniques Module d'élasticité (MPa) Module de rupture (MPa) Cohesion Interne (MPa) Résistance au cisaillement (MPa) Résistance à la tension à la surface (MPa) HDF 9,742 817 (14,9)a 3664 (51) 28 (2) 1,08 (0,09) 12,198 (0,914) --- R-HDF 10,817 1029 20285 (5997) 93 (23) 0,99 (0,26) 10,783 (0,964) 1,39 (0,11) MDF 9,994 800 (4,3) 3206 (43) 25 (2) 0,71 (0,03) 8,243 (0,692) --- R-MDF 10,889 1013 18267 (1516) 90 (2) 0,61 (0,06) 9,701 (0,713) 0,81 (0,09) PLO 10,573 660 (8,5) 5497 (763) 27 (5) 0,43 (0,06) 7,961 (0,713) --- R-PLO 11,472 886 17354 (731) 61 (7) 0,37 (0,06) 11,513 (0,551) 0,96 (0,07) Contreplaqué 9,173 542 (1,1) 8977 (650) 68 (5) 2,24 (0,36) 7,479 (1,231) --- R-Contreplaqué 10,154 800 19323 (1105) 125 (5) 2,48 (0,23) 13,262 (0,705) 1,88 (0,09) 19
CONCLUSIONS Le renforcement avec une toile d alliage d aluminium a amélioré les propriétés physiques et mécaniques du matériau composite à base de bois. 20
CONCLUSIONS L efficacité du polyuréthane comme adhésif a été vérifiée. Cela a été confirmé par des essais d arrachement perpendiculaire à la surface. Les résultats ont confirmé le potentiel du matériau composite à base de bois. Les applications potentielles du matériau composite développé sont cruciales pour le projet de recherche. 21
RÉFÉRENCE BIBLIOGRAPHIQUE ASTM International. (2012). Standard test methods for evaluating properties of wood-based fiber and particle panel materials. ASTM D1037. Vol. 04.10. ASTM International, West Conhohocken, Pennsylvania. ASTM International. (2013). Standard test methods for specific gravity of wood and wood-based materials. ASTM D2395-07. ASTM International. West Conshohocken, PA. United States. ASTM International. (2013). Standard test methods for direct moisture content measurement of wood and woodbased materials. ASTM D4442-07. ASTM International. West Conshohocken, PA. United States. Biblis, E., Carino, H. (2000). Flexural properties of southern pine plywood overlaid with fiberglass-reinforced plastic. Forest Prod. J. 50(4) :34-36. Bouffard, JF,. Amiotte, C. (2011). Development of a wood based reinforced composite. Project N 201002778-Task 1.3. March 2011. 25 pp. Cai, Z. (2006). Selected properties of MDF and flakeboard overlaid with fibreglass mats. Forest Prod. J. 56(11/12), 142-146. EN 311. Wood-based panels-surface soundness-test method. European Norm; 2005. Gay, D. (2005). Matériaux composites. Hermes Science Publications. 5e édition révisée. Francia. 670 p. Umair, Shakila.(2006). Environmental Impacts of Fiber Composite Materials. Study on Life Cycle Assessment of Materials used for Ship Superstructure. Master Thesis. Environmental Strategies Research. 63 pp. Xu, H., Tanaka, C., Nakao, T., Katayama, H. (1998). Mechanical properties of plywood reinforced by bamboo or jute. Forest Prod. J. 48(1) :81-85. 22 22