Développement d'un matériau composite à base de bois laminé avec alliage d'aluminium

Les matériaux composites sont constitués d’au moins deux matériaux dont les propriétés individuelles se combinent pour former un matériau hétérogène ayant des performances globales fortement améliorées. Parmi les types de matériaux composites, on retrouve les matériaux composites à structure sandwich, lesquels consistent en l’assemblage par collage ou soudure de deux revêtements ou peaux minces, faits d’un matériau rigide et lourd, sur un noyau épais et léger qui maintient leur écartement. Les principaux bénéfices de ces structures sont: la légèreté, la très grande rigidité, la grande résistance en flexion et l’isolation thermique. La combinaison des propriétés des matériaux utilisés comme revêtement et noyau procure aux matériaux composites à structure sandwich plusieurs avantages mécaniques, environnementaux et économiques, permettant ainsi l’élargissement du potentiel de ces matériaux composites à différentes applications. L’objectif général de ce projet de doctorat était de développer un matériau composite à base de bois laminé avec alliage d’aluminium. Les objectifs spécifiques de ce projet de recherche étaient de déterminer les propriétés physiques et mécaniques, d’estimer les coûts de production et de mesurer la performance environnementale des matériaux composites à structure sandwich. Finalement, des applications potentielles étaient évaluées en utilisant la recherche qualitative comme méthodologie. Des matériaux à structure sandwich ont été développés en utilisant quatre types de matériaux composites à base de bois (panneau de fibres à haute densité, panneau de fibres à densité moyenne, panneau de lamelles orientées et contreplaqué) comme noyau, alors qu’un alliage d’aluminium 3003 a été utilisé comme peau ou revêtement. Un adhésif polyuréthane (Macroplast UR-8346) a été utilisé pour coller les composants du matériau composite. Les paramètres de fabrication ont été déterminés à travers des essais préalables. Les propriétés physiques des matériaux composites à base de bois ont été améliorées par le laminage avec l’alliage d’aluminium. Les propriétés mécaniques en flexion, comme le module d’élasticité apparent (Eapp) et le module de rupture (MOR), ont été significativement augmentées avec le laminage d’alliage d’aluminium. L’estimation des coûts de production du matériau composite développé nous a permis de démontrer un avantage économique par rapport au panneau nid d’abeille en aluminium. La comparaison de la fabrication des matériaux composites laminés avec alliage d’aluminium par rapport au panneau nid d’abeille en aluminium a permis d’identifier les avantages environnementaux de l’utilisation des matériaux composites à base de bois comme noyau. L’analyse de l’impact environnemental (IMPACT 2002+) a montré que les émissions associées à la fabrication de tôles d'aluminium se sont avérées les plus grandes contributrices aux impacts environnementaux globaux de la fabrication des matériaux composites à structure sandwich développés. Les avantages techniques, économiques et environnementaux des matériaux composites laminés avec alliage d’aluminium ont multiplié ses applications potentielles. Enfin, la recherche qualitative basée sur la théorie ancrée a permis de déterminer les principales applications possibles à partir des suggestions des personnes interviewées. L’utilisation du Logiciel Nvivo 11 de QRS international a permis le codage des principales catégories. Les principales applications suggérées par les personnes interviewées ont été l’utilisation pour les planchers surélevés; l'application comme diviseurs de salle de bain et l’application comme panneau de contreventement ou panneau décoratif.Composite materials consist of at least two materials whose individual properties combine to form a heterogeneous material with greatly improved overall performance. Among the types of composite materials are laminated panels or sandwich panels. These consist in the assembly by bonding or welding of two thin skins, made of a rigid and heavy material, on a thick and light core which maintains their spacing. The main benefits of these structures are: lightness, high rigidity, high flexural strength, and thermal insulation. The combination of materials used as faces and core provides laminated panels with several mechanical advantages as well as environmental and economic benefits. Consequently, the potential applications of these composite materials are extended. The overall objective of this doctoral project was to develop a wood-aluminum laminated panel. The specific objectives of this research project were: to determine physical and mechanical properties; to estimate production costs; and to verify the environmental performance of wood-aluminum laminated panels. Finally, potential applications were proposed using qualitative research methodology. Wood-aluminum laminated panel has been developed using four types of wood-based composite as core (high density fibreboard, medium density fibreboard, oriented strand board, and aspen plywood) and two 0.6-mm-thick aluminum alloy sheets as faces. The polyurethane adhesive (Macroplast UR-8346) was used to bonding laminated panels. The manufacturing parameters were determined through prior testing. The physical and mechanical properties of wood-based composites have been improved by lamination with aluminum alloy sheets. The production costs estimate concluded that the developed laminated panels have an economic advantage over the aluminum honeycomb panel. The manufacturing process of laminated composite materials with aluminum alloy shows lower environmental impacts compared to aluminum honeycomb panel. Emissions associated with the manufacturing process of aluminum sheets is the largest contributor to environmental impacts in sandwich composite materials manufacturing. The technical, economic and environmental benefits have extended the potential applications of wood-based composite materials. Qualitative research based on the grounded theory approach was used to determine the main potential applications. The main applications suggested by the interviewees were: raised flooring panels, bathroom dividers panels and decorative and bracing panels