Bibliographie & annexes
Présentation
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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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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
VERSIONS
- Version archivée 1 de juil. 2009 par Jean-Marie RUCKEBUSCH
DOI (Digital Object Identifier)
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Conclusion
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4. Autres charges cellulaires utilisées avec les microsphères de verre
4.1 Cenosphères
Les cenosphères sont des sous-produits récupérés des cendres volantes des centrales thermoélectriques fonctionnant au charbon pulvérisé.
La composition chimique de ces cendres volantes varie selon l’origine du charbon utilisé ; elles sont essentiellement à base de silice et d’alumine. Ces charges cellulaires de couleur foncée présentent une masse volumique de 0,70 à 0,85 g/cm3, une granulométrie s’échelonnant entre 10 et 300 µm et une résistance à la compression de l’ordre de 15 MPa.
HAUT DE PAGE4.2 Microsphères de résines synthétiques
Des microsphères expansibles d’un copolymère acrylique et acrylonitrile sont obtenues par polymérisation de ces deux monomères en émulsion en présence d’isobutane.
Sous l’effet de la température, les particules contenant l’isobutane s’expansent pour donner des microsphères de très faible masse volumique (30 à 70 kg/m3). Ces microsphères peuvent être revêtues de matières minérales telles que du carbonate de calcium, du dioxyde de titane ou autres.
D’autres microsphères organiques sont fabriquées en résine phénolique. Leur masse volumique réelle se situe entre 0,20 et 0,40 g/cm3.
HAUT DE PAGE4.3 Perlites
La perlite est une roche d’origine volcanique, contenant une quantité résiduelle d’eau. Une opération de traitement thermique permet d’expanser les particules afin d’obtenir une charge multicellulaire.
Les cellules multiples de perlite sont poreuses à l’air et aux liquides ; il est donc difficile de déterminer la masse volumique réelle de cette charge. La masse volumique effective de certains grades de perlite varie de 0,18 à 0,40 g/cm3.
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - PUTERMAN (M.) - Syntactic foams - – 1. preparation, structure and properties – Journal of cellular plastics (0021-955X), 16 (4), p. 223 (1980).
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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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3M
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Offshore Technology Conférence
Offshore Norway
http://www.offshorenorway.no/event/activitymonths
Society of Petroleum Engineers
Deep Offshore Technology International
http://www.deepoffshoretechnology.com/index.html#showcase_3
SPE Offshore Europe Conference Exhibition
http://www.offshore-europe.co.uk/
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