Modélisation électromagnétique et thermique d’un applicateur micro-ondes à 2,45 GHz afin d’optimiser la répartition au niveau du joint de colle

Thermal and electromagnetic modeling of a microwa ve applicator at 2,45GHz in order to optimize energy distribution in the adhesive joint

¹ Université Islamique du Liban, Khaidé-Beyrouth, Liban
² Institut Universitaire de Technologie, Université Bordeaux I, Gradignan

Résumé

Le collage structural trouve de plus en plus sa place parmi les méthodes d’assemblage. Il peut remplacer ou compléter les méthodes traditionnelles telles que le soudage, le rivetage, ... Les adhésifs structuraux sont principalement formulés à partir de résines époxydes, polyuréthannes, acryliques ou vinyliques. Ces adhésifs possèdent d’excellentes résistances mécaniques, une très bonne tenue aux agressions chimiques, une bonne tenue en température jusqu’à 180 °C, une large gamme de réactivité et enfin une excellente adhésion sur les métaux, les composites, le verre et le bois.

La mise au point des applicateurs est encore très expérimentale. Dans le cas des formes classiques, leur comportement est assez bien connu mais le problème se complique lorsqu’on introduit des matériaux de formes quelconques et aux paramètres diélectriques et thermiques qui varient avec la température. Il faut savoir que certains produits peuvent être sujet à des emballements thermiques lorsqu’ils sont soumis à des champs intenses. Le recours à la modélisation est alors indispensable. Il doit prendre en compte, en général, les évolutions des paramètres diélectriques et thermiques en fonction de la température.

Les résultats obtenus sont injectés dans un logiciel de calcul permettant de modéliser la cartographie du champ électrique et de la température dans le joint de colle et dans les pièces à assembler en utilisant les équations de Maxwell et l’équation de la conduction de la chaleur. Ceux-ci permettent de réaliser en pratique un applicateur micro-ondes en optimisant l’énergie absorbée par les pièces à coller avec un temps réduit.

Abstract

Structural bonding finds more and more its place among the methods of assembly. It can replace or supplement the traditional methods such as welding, riveting... The structural adhesives are mainly formulated from epoxy resins, polyurethanes, acrylic or vinylic resins. These adhesives have excellent mechanical resistances, a very good behavior to the chemical aggressions, a good behavior in temperature until 180°C, a broad range of reactivity and finally an excellent adhesion on metals, composites, glass and wood.

The development of the microwave applicators is still very experimental. In the case of the traditional shapes, their behavior is rather well known but the problem becomes complicated when one introduces materials of an unspecified shape and with the dielectric and thermal parameters which vary with the temperature. It should be known that certain products can be prone to thermal runaways when they are subjected to high fields. The recourse to modeling is then essential. It must take into account, in general, the evolutions of the dielectric and thermal parameters as a function of temperature.

The obtained results are injected into a computation software making it possible to model the cartography of the electric field and the temperature in the joint of adhesive in the parts to be assembled by using the Maxwell's equations and the equation of the conduction of heat. Those make it possible to produce a microwave applicator in practice by optimizing the absorbed energy by the parts to bond with a reduced time.