Stratification sur mousse polyuréthane - Résistance mécanique et poids

[JackB]

Bonjour tout le monde !

Etant novice dans le domaine des composites, je pose ma question sur ce forum afin de faire les choix, et les bon achats

Le projet est de fabriquer une cellule pour 4x4 pick up. Le principale challenge est le poids, il faut quelque chose le plus léger possible.
Je souhaiterais donc partir sur une stratification directement sur les deux faces de panneaux isolants en mousse de polyuréthane de 50 mm d'épaisseur. Puis assembler les panneaux entre eux toujours par stratification.
La principale question que je me pose est sur la résistance mécanique d'une telle réalisation. Combien de couches de quel tissu (verre, carbone, kevlar ?) faut-il minimum afin d'assurer une bonne résistance à la compression, flexion, à la fatigue et aux vibrations ?
Est-ce qu'une stratification à la main (sans faire le vide) suffit dans ce genre de réalisation (surfaces entièrement planes) ?
Il y aurait-il des données sur les matériaux composite, afin de faire une simulation sur logiciel (solidworks) ?

Si j'ai bien compris, le mat de verre n'est utile que pour une stratification polyester ? Si on utilise de la résine époxy, nous pouvons nous passer de mat, et donc gagner en poids de manière significative ?
Les fibres en kevlar ou carbon pourraient-elles permettre de gagner en poids sans perdre en résistance mécanique ? Dans ce cas combien de couches et quels grammages ?

Ensuite concernant la protection contre les UV, faut-il appliquer une peinture (la quelle ?) ou un gel coat sur une stratification epoxy ? Et polyester ?

Bien entendu ces questions ne prennent pas en compte le prix ... .

Merci de m'avoir lu !
JackB

[isatis]

La principale question que je me pose est sur la résistance mécanique d'une telle réalisation. Combien de couches de quel tissu (verre, carbone, kevlar ?) faut-il minimum afin d'assurer une bonne résistance à la compression, flexion, à la fatigue et aux vibrations ?

Tout dépend de à quoi va être soumise cette cellule que vous voulez fabriquer. Transporter des enclumes ou des œufs n'a pas le même impact !

Est-ce qu'une stratification à la main (sans faire le vide) suffit dans ce genre de réalisation (surfaces entièrement planes) ?

Oui la stratification à la main, si elle est bien réalisée, ne pose aucun problème particulier.

Il y aurait-il des données sur les matériaux composite, afin de faire une simulation sur logiciel (solidworks) ?

Cela existe pour optimiser les travaux pour des pièces particulières, par exemple la construction d'un voilier de compétition mais, à ma connaissance, ça n'est pas accessible aux amateurs.

Si j'ai bien compris, le mat de verre n'est utile que pour une stratification polyester ? Si on utilise de la résine époxy, nous pouvons nous passer de mat, et donc gagner en poids de manière significative ?

Non, le mat de verre peut s'utiliser avec la résine époxy, il s'agit d'un mat liaison poudre et non émlusion ; il est réservé à des fabrications industrielles relativement grossières.

Les fibres en kevlar ou carbon pourraient-elles permettre de gagner en poids sans perdre en résistance mécanique ? Dans ce cas combien de couches et quels grammages ?

la stratification épxoy- carbone ou carbone-kevlar est plus légère que celle en polyester ou vinilester.
Le grammage ne peut être défini que par rapport au cahier des charges, une fois encore cela dépend de l'utilisation future de l'objet.

Ensuite concernant la protection contre les UV, faut-il appliquer une peinture (la quelle ?) ou un gel coat sur une stratification epoxy ? Et polyester ?

pour un objet non soumis à immersion une pienture bi-composant PU peut suffire quel que soit le type de résine choisi.

Bien entendu ces questions ne prennent pas en compte le prix ... .

Vous pouvez aller faire un tour à la Boutique pour vous faire une idée des prix.

[JackB]

Merci pour la réponse
J'ai commencé à regarder les prix sur la boutique, bon il me semble que tissu de verre + résine époxy semblerai être le meilleur rapport "poids final/prix".

La cellule est destinée à être aménager pour y vivre sur des périodes pouvant aller à plusieurs mois, été comme hiver. Elle accueillera donc essentiellement du poids sur plancher (réserve d'eau, batteries, meuble de cuisine) mais également au niveau du toit (panneaux solaire, et placards hauts à l'intérieur). Il y aura également une "mezzanine" alias une capucine qui devra accueillir un couchage pour deux adultes.

Je serais parti sur un tissu de verre en 300g/m² sur face intérieur et extérieur des panneaux en polyuréthane extrudé, avec résine époxy donc.
Est-ce que cela vous parait-il suffisant au vu de l'utilisation ? Quel type de tissage utiliser (taffetas, sergé) ?

Si je décide de partir tout de même sur du carbone et/ou kevlar, quelles sont les différence de résistance mécaniques entre le carbone et le kevlar ?
Est-ce que le tissu taffetas kevlar/carbone en 160g/m² de la boutique + époxy sur chaque face pourrait suffire ?

JackB

[isatis]

le Kevlar est utilisé à titre de remplacement de plaques d'acier par exemple dans les pneumatiques, il est un peu moins résistant à la traction qu'un carbone. Le carbone est le plus rigide des renforts en stratification et son faible poids permet d'obtenir des pièces légères avec une forte résistance à la traction et aux déformations ; ces deux produits en combinaison donnent de très bons résultats pour la légèreté mais c'est cassant au poinçonnement et aux chocs.
En carrosserie nous préconisons d'appliquer une silionne entre deux carbones ou carbone-Kevlar pour éviter qu'en cas de choc il se produise des éclats dangereux.

Pour votre usage, un seul carbone-kevlar ou carbone seul ne suffit pas, il faut en appliquer deux avec une silionne entre eux et stratification époxy.

Pour accrocher des éléments externes en liaison mécanique vous devez ôter la mousse et la remplacer par exemple par un CP qualité marine de même épaisseur avant la stratification. Vouloir boulonner ou riveter sur mousse va écraser celle-ci donc il faut utiliser une âme non compressible à la place de la mousse.

Du tissu de verre est possible mais un seul 300 gr/m2 est un peu faible, il serait plus judicieux de choisir deux silionne 200gr/m2 au moins. De plus ce tissu est plus déformable, vous aurez moins de difficultés à l'appliquer dans les angles qui doivent être obtus. Un tissu à stratifier, quel qu'il soit ne peut s'appliquer sur des angles droits ou aigus.
Si vous préférez le tissu de verre roving 300gr/m2, choisissez du sergé plus facilement déformable et en deux couches. En stratification époxy c'est l'option la moins onéreuse.

[JackB]

Ok ! Je commence à y voir plus clair

Bon, je n'ai pas les moyens pour faire plusieurs couches de carbone ou carbone/kevlar. Nous allons donc rester sur fibre de verre + epoxy.

Ok pour les liaisons mécaniques. Quant est-il de la fixation des panneaux entre eux une fois stratifiés ? La liaison est-elle possible par la stratification des angles, après avoir fait des congés ? En gardant un bon recouvrement sur les parties déjà stratifiées des panneaux ?

Il y a t-il une différence de résistance mécanique, avec le même tissu de verre, entre, par exemple, deux couches de 250g/m2 et une seule de 500g/m2 ? (ou entre couches de 100g/m2 + 200g/m2 et une de 300g/m2 ?)

Serait-il envisageable de poser un tissu de verre de 300g/m2 puis par dessus, seulement un tissu de kevlar en 170g/m2 par la résistance au chocs ?

Encore merci de m'éclairer !
Bonne soirée.
JackB

[isatis]

Ok ! Je commence à y voir plus clair

Il faut procéder par étapes, c'est un métier pas très facile à expliquer par écrit donc n'hésitez pas à poser et reposer des questions.

Quant est-il de la fixation des panneaux entre eux une fois stratifiés ? La liaison est-elle possible par la stratification des angles, après avoir fait des congés ? En gardant un bon recouvrement sur les parties déjà stratifiées des panneaux ?

Oui c'est ça, il faut arrondir les angles avec un joint-congé puis stratifier dessus trois bandes de tissu de la plus fine à la plus large.
Attention en travaillant à l'époxy, vous devez absolument poncer un stratifié polymérisé avant de le sur-coucher.

Il y a t-il une différence de résistance mécanique, avec le même tissu de verre, entre, par exemple, deux couches de 250g/m2 et une seule de 500g/m2 ? (ou entre couches de 100g/m2 + 200g/m2 et une de 300g/m2 ?)

Non, il n'y a pas de différence; On calcule en poids de verre/m2 pour constituer un échantillonnage.
Par contre, deux tissus de 200gr/m2 sont plus faciles à stratifier qu'un seul de 500gr/m2 quand on débute dans le métier.………… et même après avoir débuté d'ailleurs

Serait-il envisageable de poser un tissu de verre de 300g/m2 puis par dessus, seulement un tissu de kevlar en 170g/m2 par la résistance au chocs ?

Oui mais je vous conseillerais plutôt un kevlar-carbone pour rigidité et résistance aux chocs. Quand on dit résistance aux chocs, un andouille qui vous rentre dedans fera des dégâts quoi que vous fassiez.

[JackB]

Bon, j'avais un peu laissé le projet de côté, là je le reprend.
Encore merci pour les réponses !

J'ai donc fais un essai de stratification sur un morceaux de mousse PU de 600x1000 en 50mm d'épaisseur. Je n'ai stratifié qu'un seul côté en epoxy avec un tafetas de verre de 500g/m2. Effectivement ce n'est pas simple en 500g/m2 ! Je passerais plutôt par l'option 2 x 300g/m2.
Le problème qui me rebute un peu, c'est plutôt la fragilité de la mousse PU : en tirant à peine sur un bord de la stratification, la mousse s'arrache comme un rien. L'époxy a très bien accroché à la mousse, mais c'est la mousse qui se déchire très facilement. J'ai donc un peu peur quant à la longévité de l'ensemble, surtout avec les vibrations et potentiellement quelques petit chocs (gravillons, grêle, ...).
Est-ce normale ? Ai-je raté quelque chose ?
Il y a t-il d'autres mousses isolantes plus adaptées ?
J'ai également pensé à stratifier des plaque de liège expansé plutot que de la mousse. Certes plus lourd mais plus résistant, et de meilleur performances thermiques l'été (là n'est pas le sujet). Toujours en époxy + 2 x 300g/m2 de tafetas de verre. Est-ce réalisable ?
Merci

[isatis]

…Je n'ai stratifié qu'un seul côté en epoxy avec un tafetas de verre de 500g/m2. Effectivement ce n'est pas simple en 500g/m2 ! Je passerais plutôt par l'option 2 x 300g/m2.

Nous ne commercialisons pas le roving 500 à la Boutique vous êtes sûr de ne pas vous tromper ?

Est-ce normale ? Ai-je raté quelque chose ?

Tout-à-fait normal. Les mousses, airex, feutre, etc ne sont que les a^mes d'un sandwich cela doit être stratifié des deux côtés avec le même grammage de verre ou de tissu technique.

J'ai également pensé à stratifier des plaque de liège expansé plutot que de la mousse.

Le liège est bien trop étanche pour être stratifié. Vous avec toutes sortes de mousse PU, des Airex, Nomex, feutres qui peuvent faire l'affaire.

[JackB]

C'est bien un Roving de 500 que j'ai utilisé, un ami en avait un petit stock. Mais il n'en aura pas assez pour mon projet. D'où l'idée aussi de passer en 2 x 300g/m2.

Stratifier des deux côtés, oui. Mais comment éviter l'arrachement comme décrit plus haut ? Faire des trous à espaces régulier dans la mousse afin de mieux "ancrer" la stratification à la mousse ?

Concernant la résine, laquelle sera la plus adapté ? La REALPOX580S ou souple 1600 ? Sachant que l'ensemble sera soumis à des vibrations et inévitablement quelques chocs. Bon ceci dit, la souple est plus chère ... vous ne l'avez pas en plus gros contenant ?

PS : une autre question que je me pose concerne le rayon des congés (intérieur et extérieur) à effectuer dans les angles ?

Merci !

[isatis]

Stratifier des deux côtés, oui. Mais comment éviter l'arrachement comme décrit plus haut ? Faire des trous à espaces régulier dans la mousse afin de mieux "ancrer" la stratification à la mousse ?

Mais pourquoi voulez-vous qu'il y ait arrachement
La mousse ne sert strictement à rien d'autre qu'enfermer de l'air et faire de l'épaisseur pour rigidifier un peu plus votre carrosserie.

Concernant la résine, laquelle sera la plus adapté ? La REALPOX580S

les trois résines époxy de stratification ont la même part A, c'est la part B (durcissuer) qui change selon le temps de travail que l'on veut avoir devant soi. Je ne vous conseille pas la rapide qui risque de l'être trop. Vous pouvez choisir la standard ou la lente comme ça vous convient le mieux.
Allez télécharger les FT disponibles à chaque page-produit en bas à gauche.

souple 1600 ? Sachant que l'ensemble sera soumis à des vibrations et inévitablement quelques chocs. Bon ceci dit, la souple est plus chère

Non, elle est faite uniquement pour fabriquer des protections de carrosseries, carters et autres pièces "consommables" pour véhicule de rallye, TT, etc.

vous ne l'avez pas en plus gros contenant ?

Quel que soit ce que vous commandez, si votre devis atteint plus de 60 kgs, demandez un devis personnalisé par le biais du formulaire de contact par ICI.

une autre question que je me pose concerne le rayon des congés (intérieur et extérieur) à effectuer dans les angles ?

Sur angle droit : vous comblez l'angle de part et d'autre sur 1 cm de chaque côté environ et en arrondi concave.