Processus de polymérisation 4








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Table des matières
Pages:
Introduction 2
Les résines époxydes

- Historique 3

- Processus de polymérisation 4

- Les paramètres de formulations des systèmes époxydes pour le bois 4
Théorie du collage Bois / Epoxy 5
Performances du bois comparées aux matériaux composites 8
Le renforcement par fibres d'un bordé

- Sur bordés classiques 8

- Sur du bois en tant que matériau d'âme 8
Les renforts fibres

- Les renforts multidirectionnels 10
Les méthodes d'assemblage dans le bois / époxy 11

- Conditions d'applications des systèmes époxydes

- Conception des assemblages collés

- Types d'assemblages 12

- Le joint-congé 12
Les méthodes de construction 14

- Le lamellé-collé

- Le bois moulé sur lisses 15

- Le bois moulé sur lisses jointives 16

- Le Strip planking 17
Les systèmes époxydes SICOMIN pour le bois

- SR5550, SR 8450, Wood Impreg 18

- Tableau de sélection résines / applications 19

- Mémento des propriétés des résines 20

- Conseils de mise-en-oeuvre 21

- Nature et fonctions des charges 25

- Produits de finition 27
Appendice

- Les essences de bois utilisées en construction bois / époxy 29

- Utilisation des résines époxydes: généralités sur l'hygiène et la sécurité 31

- Données toxicologiques et de sécurité 34

Systèmes SICOMIN Bois / Epoxy

Tant que les hommes navigueront, les techniques de construction de leurs bateaux évolueront avec les matériaux de leur temps. Les innovations technologiques de notre vingtième siècle ont bien sûr été

utilisées en construction navale. Même si l'on construit avec les matériaux "high-tech" de la conquête de l'espace, le bois ne cesse d'être redécouvert et vénéré. Le bois est le matériau marin par excellence et ce, pour bien des raisons.

D'une part pour sa disponibilité dans une grande variété d'espèces, de qualités, son esthétique et son faible coût pour la plupart des espèces courantes. D'autre part pour les nombreux avantages techniques de ce matériau renouvelable, tant par sa facilité d'usinage, sa résistance à la fatigue, ses performances mécaniques en rapport à sa densité, que son excellent comportement au feu et à la température (face à certains matériaux d'âme).

Le bois restera encore longtemps l'un des matériaux privilégiés de la construction navale.
Son seul défaut est son comportement instable au contact d’un environnement agressif: la mer. Le bois est une matière vivante: immergé il absorbe l’eau, mis à sécher il se rétracte , provoquant des fissures sur le bordé; au contact de l’air, il est sensible aux dégradations bactériologiques. La construction traditionnelle ne prévoyant aucune colle, c’est l’ambiance humide qui, en faisant gonfler le bois, donne l’étanchéité et la rigidité à l’ensemble. Mais cette même teneur en eau provoque la diminution des résistances mécaniques du bois. Pour une humidité relative de 25%, on considère que le bois a déjà perdu 50% de ses valeurs mécaniques en traction et flexion. Au-delà de 25% , l’eau remplit les cavités des fibres, la moisissure trouve un terrain fertile à son développement et la dégradation du bois commence. C’est pour cela que les architectes et les constructeurs d’autrefois augmentaient l’échantillonnage des unités afin d’élever le coefficient de sécurité. Pour le propriétaire d’un bateau traditionnel, cette absorption d’eau se traduit par une maintenance coûteuse en immobilisation et matériaux.
La construction navale traditionnelle a été profondément bouleversée avec les résines thermodurcissables de synthèse hautes performances issues des recherches aérospatiales ; et des peintures anti-corrosion. Les produits époxy ont permis d’obtenir des progrès décisifs dans la construction en composite bois (Tableau 1). La technique de saturation du bois à l’époxy a vu le jour aux Etats-Unis il y a une vingtaine d’années. Les principes de base sont:
- Isolation du bois par un polymère étanche et adhésif

- Lamellés collés pour les pièces volumineuses et structurelles

- Utilisation des bois de faibles densités

- Combinaison du bois et des composites fibres / époxy
Il est désormais possible de conserver et d'améliorer les performances du bois, atteignant ainsi des résistances et une facilité d'entretien inaccessibles auparavant. Les propriétés mécaniques du bois sont optimales à 10% d'humidité et chutent avec l'accroissement hygrométrique. Il faut donc isoler le bois du milieu ambiant.

Grâce aux performances des résines époxydes, le bois est maintenu entre 9 et 12% d'humidité, lui garantissant les meilleures qualités mécaniques et une stabilité dimensionnelle idéale, donc une longévité accrue.
En employant ces méthodes de construction, de nombreux professionnels et amateurs ont réalisé des bateaux possédant un rapport rigidité / poids extrêmement élevé, conservant l’aspect du bois, et nécessitant aussi peu d’entretien que les unités en stratifié polyester (ces dernières pouvant être sujettes au phénomène d’osmose).

Le bois utilisé en tant que structure ou matériaux d’âme, combiné judicieusement avec des fibres de verre, de carbone ou d’aramide, le tout assemblé avec des résines époxydes, permet des structures composites plus légères, plus résistantes et souvent moins onéreuses que les projets utilisant un seul matériau.

Les applications sont aussi diverses et extrêmes qu’on peut l’imaginer: Multicoques de 26m, patrouilleurs rapides de haute mer de 40 mètres, restauration et restructuration de vieilles unités, mais aussi pales d’éoliennes, skis, archerie... Les possibilités d’applications sont sans limites.


Opérations unitaires

Construction traditionnelle

Construction bois / époxy

Choix du bois

Bois denses, bonne durabilité

Bois légers




Chêne, orme, résineux

Red cédar, acajou










Assemblages

Clous, rivets

Collage, joints congés, stratification




Clés, queue d’aronde, mortaises













Adhésifs

Urée-formol, résorcine, polyester

Epoxydes










Pièces structurelles

Bois massif

Lamellé collé: épaisseur maximum du bois de 2.5 cm. Stratifiés multiaxiaux sur bois de faibles densités



















Membrures

Chêne scié, accacia plié à la vapeur

Lamellé collé, OMEGA Système










Coques

Bordés cloués, clins

Lisses jointives, bois moulé, CP










Ponts

Planches calfatées

Contre-plaqué




Planches / élastomères

Lisses faible section collage époxy




Contre-plaqué

Sandwichs










Cloisons

Planches, Contre plaqué

Panneaux sandwichs, CP










Isolation du bois

Goudrons, Calfats

Résines et peintures époxydes










Peintures oeuvres

Glycerophtaliques

Peintures polyuréthannes

mortes








Tableau 1- Matériaux et technologies des constructions navales traditionnelles et actuelles

Les résines époxydes sont à l’heure actuelle irremplaçables, leurs propriétés typiques sont:

- Durcissement avec un retrait extrêmement faible

- Système de réticulation modulable selon la réactivité du durcisseur et de la température

- Bonne stabilité au stockage

- Faible viscosité et degré de charge élevé

- Charges variées: renforçantes, colorantes, allégeantes, thixotropantes, anti-abrasives, conductrices, isolantes

- Propriétés adhésives sur tous types de support avec ou sans préparation de surface

- Collage avec ou sans pression

- Résistance chimique envers milieux aqueux

- Performances mécaniques et thermiques jusqu’à 150°C

- Mélange des deux composants par pesée ou dosage volumique

- Prix raisonnable
Inconvénients:

- Stabilité aux ultra-violets faible (phénomème de farinage de surface), problème résolu par la mise en peinture des stratifiés et revêtement par les polyuréthanes

- Rigueur des dosages
Les résines époxydes, historique.

C’est en 1909 que le chimiste Russe Prileschajew découvrit que les oléfines réagissaient avec l’acide perbenzoïque pour donner une fonction époxy. Dans les années 40, le Suisse Pierre CASTAN et l’Américain Sylvan GREENLEE, revendiquent simultanément la paternité d’une matière plastique thermodurcissable composée d’une résine et d’un durcisseur. La production industrielle débutera dans les années 50 pour répondre à une demande croissante de revêtements performants.

Depuis 1960, plus d’une cinquantaine de structures chimiques distinctes ont été mises au point avec des nuances quant à la masse moléculaire, l’isomérie, la pureté...

Avec une centaine d’agents de réticulation, des agents modificateurs, des diluants , des charges organiques ou inorganiques, il peut être préparé une variété infinie de formules. Les époxydes sont considérés comme une avance technologique sans précédent sur les résines phénoliques et les polyesters.
Processus de polymérisation

Ces résines sont des bi-composants composés d'une partie résine époxy et d'une partie durcisseur.

Les durcisseurs contiennent des terminaisons capables de s’additionner sur les cycles époxydes de la résine lors de la mise- en œuvre, ou des fonctions catalytiques qui déclenchent la copolymérisation du système époxy. Cette réaction s’effectue sans élimination, le polymère obtenu n’a donc qu’un retrait minime. La résine époxy parfaitement polymérisée, fait partie de la famille des plastiques thermodurcissables qui, par définition ,sont infusibles et insolubles sous l’action de la chaleur, des solvants, des radiations.
On peut se représenter la réaction d’une résine époxy bi-fonctionnelle et d’un durcisseur tétrafonctionnel classique (Schéma 1) par :


Résine époxy liquide + Durcisseur standard

bi-fonctionnelle tétrafonctionnel
R
ésine époxy après quelques heures à température ambiante. Le polymère possède déjà des propriétés mécaniques.

Des fonctions époxydes et amines n’ayant pas réagi sont encore présentes dans le réseau.

R
ésine époxy parfaitement réticulée: performances mécaniques, thermiques et chimiques optimales.

La densité du réseau tridimensionnel a une influence sur la perméabilité à la vapeur d’eau.
Schéma 1- Représentation graphique du processus de polymérisation d'un système époxy
Lors du mélange des deux composants, il est primordial de respecter les dosages préconisés. Les schémas ci-dessus illustrent l’influence d’un excès ou d’un défaut de durcisseur. Le polymère obtenu n’est pas dans sa configuration optimale de performance mécanique et contient encore des groupes époxy ou amines qui seront facilement attaqués par des agents chimiques tels que l’eau.
Les paramètres de formulations d’un système résine époxy / durcisseur pour le bois

Le choix des matières premières utilisables est dicté par la spécificité d’application pour la construction bois. La définition de produits époxydes pour le bois demande une sérieuse expérience dans la chimie et une

connaissance approfondie de la construction navale. Par la connaissance des produits époxydes et sa longue expérience de formulateur, SICOMIN propose des systèmes bois parfaitement adaptés à cette application.
Une formulation de système époxy pour le bois doit répondre à un cahier des charges:
- Utilisations et sollicitations de la pièce finie, échantillonnage des renforts envisagés, résistances souhaitées coefficient de sécurité, poids final, production à l’unité ou en série, prix

- Paramètres de mise en œuvre: température, hygrométrie, quantité, technologie de transformation, nature du support, préparation de surface

- Evolution de la viscosité du mélange et de la chaleur de réaction en fonction de la température, de la masse, de la géométrie de la pièce à réaliser (revêtement, épaisseur du stratifié, volume de coulée)

- Sélection des composants de base, des facteurs qui favorisent l’adhésion sur le bois

- Propriétés mécaniques: modules, résistances traction, flexion, compression, chocs, cisaillement

- Vérification par des tests mécaniques et de vieillissement accéléré

- Thermiques : Evolution du taux de réticulation par l’analyse de la température de transition vitreuse, optimisation du cycle de post-cuisson

- Réactivité: temps de gel, température maximum d’exothermie, temps de séchage en film

- Résistance chimique, au feu, à l’abrasion, aux ultraviolets

-Thixotropie: amélioration de la tenue en parois verticales d’un revêtement liquide

- Aptitude au débullage

- Qualité de surface du film durci: tendu, brillance, pollution en fonction de la température ambiante et de l’hygrométrie
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