Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Les structures composites sous forme de sandwich trouvent des applications dans de nombreux secteurs industriels (construction, transport, automobile,...), elles sont particulièrement bien adaptées pour répondre à des modes de sollicitation en flexion. Leurs caractéristiques physiques, entre autres l’isolation thermique, le poids, l’amortissement et la tenue aux chocs, ont considérablement évoluées ces dernières années. La construction sandwich dispose donc, à l’heure actuelle, d’une formidable diversité de structures d’âme. Cet article présente tous les procédés de mise en œuvre des structures sandwich acier/polymère/acier, aborde les problématiques autour de l’adhésion substrat/âme, ainsi que les paramètres clés impactant les propriétés finales d’adhésion et de durabilité.
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Sandwich structured polymers are found in applications in many industrial sectors (construction, transport, automotive, etc.) and are particularly well adapted in order to meet flection stress modes. Their physical characteristics, including thermal insulation, weight, absorption and resistance to shock have significantly improved over the last few years. The sandwich structure thus currently presents an amazing diversity of core structures. This article presents every implementation process concerning these steel / polymer / steel sandwich structures, deals with the issues of cell-substrate adhesion as well as the key parameters impacting the final adhesion and durability properties.
Auteur(s)
-
Didier VERCHERE : Doctorat Matériaux macromoléculaires et composites. INSA Lyon - ArcelorMittal Global Research and Development Montataire (F)
INTRODUCTION
Les structures sandwich sont constituées de différentes couches, et généralement avec :
-
deux faces souvent rigides, appelées encore « parements » (ou peaux) ;
-
une âme centrale au milieu et, parfois, une couche de liaison lorsque le panneau est collé.
La colle est ainsi déposée sur le substrat, ou sur les deux faces de l’âme organique.
Les structures composites sous forme de sandwich trouvent des applications dans de nombreux secteurs industriels (construction, transport, automobile,...). Ils sont particulièrement bien adaptés pour répondre à des modes de sollicitation en flexion.
En plus de leur très bonne rigidité intrinsèque, de nombreuses autres fonctions peuvent être apportées par ces structures sandwich, notamment :
-
l’allègement ;
-
l’isolation thermique, électrique et acoustique ;
-
l’amortissement ;
-
la tenue aux chocs (résistance à l’impact) ;
-
la sécurité incendie (âme autre que polymère) ;
-
l’esthétique...
Au-delà de l’amélioration des propriétés mécaniques, thermiques ou acoustiques des panneaux sandwich, son aptitude à la fabrication industrielle à grande échelle est indispensable pour satisfaire aux contraintes de coût. Suivant les applications visées, des exigences de mise en forme et d’assemblage peuvent également être demandées.
Depuis de nombreuses années, l’âme des matériaux sandwich n’a cessé d’être l’objet d’évolution et d’innovations, aussi bien structurales, que morphologiques. La construction sandwich dispose donc, à l’heure actuelle, d’une formidable diversité de structures d’âme :
-
âmes pleines (matériaux massifs ou cellulaires) (moussés) ;
-
films tissés ou non tissés ;
-
âmes nids d’abeille à section circulaire, hexagonale, carrée..., âmes ondulées ou gaufrées, âmes en forme de grillages...
Les différents produits proposés ici sont des sandwich avec des parements en acier laqué, ou non, et une âme organique (thermoplastique et thermodurcissable). Ainsi, les autres matériaux : bois, cellulose, tissus, aluminium, cuivre, alliages, acier inoxydable, mousses métalliques, laines minérales, perlites,... ne sont pas pris en compte.
Ce document présente les structures sandwich acier/polymère/acier pour apporter, notamment, l’isolation thermique, l’allègement, la tenue aux chocs, l’amortissement. Le procédé de mise en œuvre des structures sandwich, l’adhésion substrat/âme, et les paramètres clés sur les propriétés finales d’adhésion et de durabilité sont aussi abordés.
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Perspectives
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4. Propriétés, marchés et applications
4.1 Structures sandwich pour l’allègement dans l’automobile
Une tôle sandwich type Usilight® (acier/polymère (entre 0,3 et 0,8 mm)/acier) apporte un allègement significatif à des pièces sollicitées en flexion/torsion (gain de masse jusqu'à 35 % par rapport aux solutions acier classiques). Une structure sandwich permet ainsi d'augmenter de façon très significative l'inertie du produit sans l'alourdir. L'Usilight® peut être utilisé typiquement pour la réalisation de pièces d'habillage ou de fermeture (capot, pavillon, panneau de porte...), caisse en blanc hors ouvrant (traverse supérieure de baie et de pavillon, longeron...), pièces de soubassement (cuvette de roue de secours), panneaux structuraux non soudés, structures de siège, support de bac de batteries...
Dans le secteur automobile, il existe une exigence spécifique. En effet, la pièce doit impérativement supporter le procédé industriel de mise en peinture. Le matériau sandwich résiste aux étapes de préparation de surface, de traitement de surface, d’application et de cuisson de la peinture . Cette cuisson de la peinture cataphorèse peut aller jusqu’à 30 à 40 minutes à 210 °C. Ainsi, les parements doivent impérativement être parfaitement bien adhérents à l’âme organique .
Pour valider cette propriété, classiquement des essais sévères sont réalisés. Ils consistent à faire une pièce déformée et à regarder la géométrie de cette pièce après le cycle...
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Propriétés, marchés et applications
BIBLIOGRAPHIE
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(2) - PALKOWSKI (H.), LANGE (G.) - Production of tailored high strength hybrid sandwich structures - Steel research int., n° 3, pp. 178-185 (2008).
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(3) - BÉRANGER (G.), HENRY (G.), SANZ (G.), SOLLAC - Le livre de l'acier - Technique et Documentation – Lavoisier, p. 1491 (1994).
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(4) - SANZ (G.) - L’acier, un matériau qui n’a pas fini d’étonner - La revue de métallurgie, pp. 395-409 (Mars 1999).
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(5) - AMIRUDIN (A.), THIERRY (D.) - Corrosion mecanisms of phosphated zinc layers on steel as substrates for automotive coatings - Progress in Organic Coatings, vol. 28, p. 59-76 (1996).
-
(6) - GRAEDEL (T.E.) - Corrosion...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Aciers d’usage général. Propriétés et produits. Les Techniques de l’Ingénieur
-
Tôles d’aciers prélaqués
-
Structures en matériaux composites. Les Techniques de l’Ingénieur
-
Fabrication de mousses en polyuréthane. Les Techniques de l’Ingénieur
-
...
Association Européenne des panneaux sandwich (Panels and Profiles Association)
http://www.panandpro.eu/activities.php
Association Professionnelle EURIMA (European Insulation Manufacturers Association)
E2BA (Energy Efficient Buildings Association)
HAUT DE PAGE
NF EN ISO 1461. A91-121. - Juillet 2009 - Revêtements par galvanisation à chaud sur produits finis en fonte et en acier. - -
NF EN ISO 2080. A91-013. - Août 2009 - Revêtements métalliques et autres revêtements inorganiques. Traitement de surface, revêtements métalliques et autres revêtements inorganiques. - -
NF EN 13523. - Juillet 2010 - Tôles prélaquées. Méthodes d’essai. - -
EN 14509. - July 2006 - Self-supporting double skin metal faced insulating panels – Factory made products – Specifications. - -
NF EN 15804 - Contribution des ouvrages de construction au développement durable. - -
NF P. 92.507. - Février 2004 - Norme résistance au feu bâtiment : Classification européenne RT 2005 (Règlementation Thermique 2005) : Euroclasses. - -
EN 13501-1. - Février 2007 - Classement...
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