Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
NOTE DE L'ÉDITEUR
Les parties 1 et 2 de la norme ISO 1183 citée dans cet article ont été remplacées par les normes ISO 1183-1 et -2 "Plastiques - Méthodes de détermination de la masse volumique des plastiques non alvéolaires - Partie 1: Méthode par immersion, méthode du pycnomètre en milieu liquide et méthode par titrage - Partie 2: Méthode de la colonne à gradient de masse volumique" (Révision 2019)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN1902 (février 2019).
La norme ISO 1922 d'août 2012 citée dans cet article a été remplacée par la norme ISO 1922 "Plastiques alvéolaires rigides - Détermination de la résistance au cisaillement" Révision 2018
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN1807 (septembre 2018).
RÉSUMÉ
Cet article décrit en premier lieu l'origine et la fabrication des microsphères creuses de verre, leurs propriétés physico-chimiques importantes pour la fabrication de mousses syntactiques de l'industrie pétrolière offshore. On les retrouve principalement dans les modules de flottabilité et les isolants thermiques de pipelines immergés en forte profondeur. D'autres applications des microsphères sont également évoquées ainsi qu'une liste non exhaustive d'autres charges cellulaires.
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This paper first describes the origin and manufacturing of hollow glass microspheres, and their important physical and chemical properties for the production of syntactic foams in the offshore oil industry. They are found mainly in the buoyancy modules and thermal insulation of pipelines immersed at great depth. Other microsphere applications are also discussed, and a non-exhaustive list of other cellular loads is given.
Auteur(s)
-
Jean-Marie RUCKEBUSCH : Ingénieur développement d’applications et support technique - Société 3M France, département matériaux avancés, CERGY PONTOISE, France
INTRODUCTION
L’industrie des matériaux composites dispose de différentes matières premières minérales, destinées à être incorporées aux résines synthétiques afin de conférer aux pièces fabriquées certaines propriétés que les résines ne possèdent pas intrinsèquement comme la rigidité, l’allégement, la résistance aux chocs, la résistance thermique, etc.. Les microsphères creuses de verre, de masse volumique réelle très faible (0,12 à 0,60 g/cm3), sont surtout des charges d’allégement des résines thermoplastiques ou thermodurcissables et de certains élastomères, conduisant, entre autres, à l’obtention de mousses syntactiques.
La mousse syntactique est un matériau composite complexe réalisé à partir de microsphères creuses de verres noyées dans une matrice de résine spécifiquement sélectionnée. Ce matériau, apporte une résistance mécanique élevée pour une densité la plus faible possible.
Ces mousses syntactiques encore appelées matériaux de flottabilité sont montés sur des équipements destinés à des applications marines s’effectuant entre 1 000 et 10 000 m de profondeur. Ils ont pour but de neutraliser le poids des équipements, immergés à leur profondeur de travail. De ce fait, les mousses syntactiques doivent résister à des pressions considérables pouvant dépasser les 1 000 bar. En particulier, elles doivent conserver toutes leurs propriétés de flottabilité, c’est-à-dire ne pas se déformer, ni être perméable à l’eau.
Signalons que les microsphères de verre sont souvent utilisées en complément d’autres charges cellulaires telles que les cendres volantes à base de silice et d’alumine, les microsphères de résines synthétiques et les perlites, qui sont brièvement décrites en fin d’article.
Cet article traite des modes de fabrication ainsi que des propriétés physico-chimiques des microsphères de verre puis il aborde en détail la technologie des mousses syntactiques pour lesquelles les microsphères de verre sont un des composants indispensables.
L'expertise technique et scientifique de référence
MOTS-CLÉS
propriétés fabrication Utilisation Isolants thermiques Modules de flottabilité Pycnométrie à gaz Compression hydrostatique
KEYWORDS
properties | manufacturing | utilization | thermal insulation | buoyancy modules | gas pycnometry | hydrostatic compressive strenght
VERSIONS
- Version archivée 1 de juil. 2009 par Jean-Marie RUCKEBUSCH
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
Mousses syntactiques
En anglais
1. Microsphères creuses de verre
1.1 Origine
C’est aux États-Unis, dans les années 1960, que les microsphères creuses de verre ont été produites pour la première fois de façon industrielle par un procédé inspiré de l’observation du phénomène ci-après.
Lors du contrôle de qualité de panneaux rétroréfléchissants constitués de microbilles en verre plein, il apparaissait qu’à certains endroits, la lumière incidente, au lieu d’être réfléchie, était diffusée dans toutes les directions. L’analyse de ces défauts a permis de constater que des impuretés contenues dans la formulation du verre jouaient le rôle d’agent d’expansion ; il en résultait la formation de sphères creuses qui diffusaient la lumière plutôt que de la réfléchir.
HAUT DE PAGE1.2 Procédés de fabrication
Il existe différentes méthodes de production des microsphères creuses de verre, décrites ci-après.
-
Une solution aqueuse de silicate de sodium et de borate d’ammonium est pulvérisée sous forme d’un fin brouillard dans un courant d’air chaud. Les particules creuses qui en résultent, contenant une quantité résiduelle d’eau, sont ensuite séchées en plusieurs étapes dans des tours séchoirs. Une étape supplémentaire consiste à traiter la surface de ces microsphères constituées d’un verre soluble dans l’eau, à l’aide d’acides gras ou d’organosilanes afin de rendre leur surface hydrophobe.
-
Une solution de silicate de sodium contenant un agent d’expansion est gélifiée dans un milieu faiblement acide. Le gel obtenu, partiellement séché, est broyé pour obtenir une poudre de fines particules qui sont ensuite expansées dans une flamme.
-
Une pâte d’un verre de borosilicate de sodium et de chaux est fondue dans un four à verre classique à environ 1 000 °C. Un agent d’expansion est alors ajouté à cette pâte avant refroidissement rapide. Les grains de verre obtenus sont ensuite broyés jusqu’à obtenir la répartition granulométrique voulue. La poudre de verre est ensuite projetée dans une flamme. Les particules se ramollissent et l’agent...
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Microsphères creuses de verre
BIBLIOGRAPHIE
-
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(2) - WHITAKER TODD (E.) - Hydrostatic pressure testing of low-density syntactic foam - – AIAA Paper (0146-3705) (1980).
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(3) - WATKINS (L.W.) - Syntactic foam buoyancy for ultradeep marine riser - – In : Proc. Fourteenth Annual Offshore Technol. Conf., (Houston, U.S.A. may 3-6, 1982), 3, Dallas, U.S.A., Offshore Technol. Conf., 1982, Paper OTC 4320, p. 235 (1982).
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(4) - WATKINS (L.) - Syntactic foam buoyancy for production risers - – Proceedings of the International Offshore Mechanics and Arctic Engineering Symposium (1988).
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(5) - SHUTOV (F.A.) - Handb. Polymer - – Foams and Foam Technology (1991).
-
(6) - HIEL (C.) - Composite...
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