Brevet FR2080819A1 — publié le 19711119

L'invention se rapporte à une plaque en fibres de bois, dure ou semi-dure comportant deux faces lisses, particulièrement en fibres de bois d'arbres feuillus d'essences dures, ayant des caractéristiques physico-mécaniques et d'aspect supérieures, avec addition d'adhésif et d'hydrofuge réduite; l'invention se rapporte aussi au procédé et à l'installation pour la réalisation d'une telle plaque. On connaît bien les plaques dures et semi-dures comportant une ou deux faces lisses, mono ou pluri-stratifiées, qui présentent certains inconvénients, comme: asymétrie en épaisseur, aspect sans uniformité, résistance réduite à la traction, perpendiculairement à la face de la plaque (tendance à la séparation des couches), teneur élevée d'adhésif et d'hydrofuge. On connaît aussi des procédés et des installations mettant en oeuvre des méthodes humides, demi-humides, demi-sèches et sèches ("à sec"), pour la fabrication des plaques en fibres de bois, mais qui ont des désavantages : grande consommation d'eau et difficultés avec les eaux résiduelles; grande consommation de matière première pour la méthode humide; grande consommation d'adhésif et d'hydrofuge, ainsi que d'énergie électrique dans la méthode à sec; collage des plaques sur les matrices et obstruction rapide des mailles des tamis de déshydratage dans la méthode demi-sèche, etc... La présente invention supprime les inconvénients ci-dessus du fait que, dans le but d'obtenir une plaque avec des caractéristiques physico-mécaniques et d'aspect supérieures, avec une consommation réduite de matière première, d'énergie électrique et thermique, et de substances d'addition, dans une plaque à deux faces lisses et à structure symétrique, formée de deux couches de face et d'une couche centrale, la finesse des fibres et le contenu des substances d'addition sont différents entre le noyau et la face, la couche de noyau étant homogène et entrepercée avec les couches de face. Le procédé pour l'obtention de la plaque réside dans le défibrage du bois avec contrôle de la teneur en substances solubles, l'adjonction de l'hydrofuge r sous forme fondue dans l'espace compris entre les disques de défibrage, et de l'adhésif immédiatement après le défibrage, les fibres étant séchées ensuite l'adhésifimmédiatement le déf jusqu'à ce que l'humidité soit de 4 à 15 /0, et répandues sur une nappe structurée correspondant à la plaque, nappe qui est déposée directement sur des tôles de transport en acier inoxydable polies, couverte ensuite d'une couche d'émulsion d'hydrofuge ou bien d'une autre substance de séparation (de démoulage), finement pulvérisée et pressée à la température de 185 à 220 C et à une 2 pression qui ne doit pas dépasser 60 kg/cm2, après quoi les plaques sont accli- matées et sciées à format, et les tôles sont nettoyées mécaniquement et refroidies à l'air à chaque passage dans la zone de retour du circuit de travail. L'installation comporte des tôles d'acier inoxydables polies, un système de -rihii8-rrsEtscin de l'émulsion hydrofuge, ou d'une aut: subst:-nc tion (démoulage), une brosse cylindrique horizontale avec fonctionnement auto- matique et un système de refroidissement des tôles à air comprimé On donne un exemple de réalisation de l'invention en se référant aux figures 1 et 2 qui représentent - la figure 1 une section de la plaque avec deux faces lisses; - la figure 2 un schéma du processus technologique. Une plaque dure d'épaisseur 4 mm et réalisée conformément à l'invention comporte deux faces lisses, toutes deux à texture très fine et d'une couleur unciforme, sans particules d'écorce, et une structure stratifiée formée de couches de face 1 et 2 d'épaisseur 0,7 mm environ chacune, et d'une couche centrale 3, réalisée à son tour de trois couches 3a, 3b, 3c; les fibres des couches de face et centrales sont entrepercées, de sorte qu'il n'y a pas de tendance au clivage (séparation des couches). La finesse des fibres mesurée par le fractionnement correspond à une quantité de 65 à 80 % de fibres restées entre les sas (DIN) de 0,16 et 0,75 mm pour les faces et 55 à 75 % de fibres restées entre les sas de 0,35 et 1,5 mm pour la couche centrale. La plaque est formée de 100 % de bois de hêtre non écorcé comportant 75 % de billets et 25 % de déchets de scierie. Les substances d'adjonction sont de la résine phénolique (10 à 18 kg de substance active), de la paraffine (10 à 22 kg) et de l'acide sulfurique concentré (1 à 3 kg) pour chaque tonne de produit fini. Les couches de face ont un contenu plus grand de substances d'adjonction, par rapport à Ia couche centrale. On peut réaliser des plaques entre 2 et 10 mm, et même plus, la limite supérieure étant imposée seulement par la distance entre les plateaux de la presse. 3 La plaque a une densité d'environ 1,0 kg/dm , une résistance à la flexion (épreuve DIN) de plus de 400 kg/cm, un gonflement en grosseur après 24 h d'immersion dans l'eau (épreuve DIN) de moins de 18 %, et une absorption à la même épreuve de moins de 30 %. Par le changement des quantités des substances d'adjonction et le changement correspondant des paramètres de travail, on peut obtenir des plaques dures et semi-dures avec des propriétés spéciales. Le procédé décrit, pour la réalisation d'une plaque conformément à l'invention, prévoit l'introduction des copeaux de bois, éventuellement lavés; ayant une humidité de plus de 45 %, à l'aide d'une vis sans fin horizontale 4 dans le réchauffeur 5; on introduit de la vapeur au même endroit à une pres sion de 8 à 14 atm. et à la température correspondant à l'état de saturation. La durée de réchauffement est de 3 à 8 minutes. Le régime de réchauffement est conduit de telle façon qu'on obtient la quantité optimale de substances solubles dans le matériau fibreux, substances ayant un rôle de liant dans le pressage des plaques. Du réchauffeur, et à l'aide d'un transporteur hélicoïdal 6, les copeaux sont introduits entre deux disques, l'un fixe, l'autre en rotation, où se produit le défibrage. A la fin de ce processus, on obtient des fibres anatomiques individuelles, ainsi que des paquets de fibres, longues et flexibles. Le matériau fibreux formé dans la chambre de défibrage 7 est évacué par la valve 8, qui forme un étranglement qui maintient la pression établie dans toute l'installation. Dans l'installation de défibrage, on peut introduire avantageusement les substances d'adjonction suivantes De la paraffine ou bien un autre produit hydrofuge qui s'injecte à l'état 2 fondu, à une supra-pression de 1 à 5 kg/cm2 par rapport à la pression de ré- chauffement, par un orifice pratiqué dans l'axe du transporteur hélicoïdal 6, dans l'espace compris entre les disques de défibrage. La rosette de centre et de même le disque en rotation assurent finalement la dispersion uniforme d'hydrofuge dans le matériau fibreux. Par rapport à l'introduction d'hydrofuge à l'état d'émulsion, le processus de préparation de l'émulsion est plus court, et les problèmes liés à l'instabilité de l'émulsion disparaissent; la consommation d'acide est réduite à la quantité nécessaire à la neutralisation de l'émulsion fortement alcaline, La quantité de paraffine est de 10 à 22 kg par tonne de P.F.L. La résine phénol-formaldéhyde, qui a un temps de solidification de 15 à 80 secondes à 1300 C (comme on le voit sur la plaque chauffée) ou un autre type de résine thermo-rigide ayant des propriétés semblables, en solution aqueuse dont la concentration est de 20 à 30 %, s'injecte sous pression de 3 à 7 kg/cm2 dans la zone de détente de la valve 8 d'évacuation du mélange fibres-vapeur de l'appareil de défibrage, ce qui assure une dispersion uniforme de la résine dans la masse de fibres. Par rapport aux caractéristiques de la plaque qu'on fabrique, on ajoute pour les plaques dures 8 à 20 kg et pour les plaques semi-dures 20 à 60 kg de résine calculée en substance active, par tonne de produit fini. L'acide sulfurique technique en concentration de 5 à 10 7. est introduit dans la conduite d'évacuation de la fibre 9 à 0,4 m environ en aval de la valve, par pulvérisation à l'aide d'air comprimé sous 2 à 4 atmosphères dans un ajutage spécial. La pulvérisation avec air comprimé assure une dispersion fine et empêche l'obstruction de l'ajutage, la quantité dosée est de O à 10 kg d'acide concentré à 96 7 par tonne de produit fini. Par la conduite 9, le m3teri2u fibreux, mêlé avec les substances d'adjcnc- tion5 est introduit dans l'installation de séchage où il est entraîné par un courant d'air chauffé au maximum à 1600 C et séché en 3 secondes pour atteindre une humidité de 4 à 15 %. Procédant ainsi, à la différence du procédé humide où les fibres sont lavées par de grandes quantités d'eau, causant ainsi des pertes de matériau et les problèmes bien connus d'eaux résiduelles, les substances solubles restent dans la ma.sse de fibres, ce qui permet de réduire lahuantité d'adhésif nécessaire. Les fibres sèches tombent des cyclones 11 dans les dispositifs de triage 12 où l'on fait la séparation des fibres en deux fractions : fibres aptes à la fabrication et fibres grossières. I1 est très avantageux que les fibres pour la couche de face soient produites dans une ligne de fabrication séparée conformément à la description faite, avec cette différence que dans l'installation de défibrage 13, on ajoute une quantité augmentée de produits chimiques au déttiment de la ligne 4-12 qui produira des fibres pour la couche centrale, de sorte que la consommation de substances d'addition à la tonne de plaques reste dans les limites montrées. Les fibres produites dans l'installation de défibrage 13 sont séchées dans le séchoir 14, puis triées dans le dispositif de triage 15 en deux fractions fibres fines pour les couches de face qui sont transportées par voie pneumatique dans le silo 16 de fibres de face et fibres grossières qui, avec les fibres grossières issues du dispositif de triage 12 sont de nouveau triées dans un autre dispositif de triage 17, en deux fractions; fibres bonnes pour la couche centrale des plaques et fibres grossières, qui sont moulues encore une fois dans le raffineur 18. Le matériau fibreux défibré de nouveau, aussi bien que les fibres pour la couche centrale issues du dispositif de triage 17 sont transportées d'une manière pneumatique à l'aide du ventilateur 19 dans les cyclones 20 et 21, en tenant compte du degré de remplissage des silos 22 et 23, tous les deux pour la couche centrale. La fraction apte à la fabricatior, provenue du dispositif de triage 12 > est envoyée, également d'une manière pneumatique, par le ventilateur 24, dans les cyclones 25 ou 26, d'où elle tombe dans les silos 22 ou 23, en tenant compte du degré de remplissage de ceux-ci. La finesse des fibres mesurée par le fractionnement à l'aide du jeu de sas DIN (2,5 mm; 1,5 mm; 0,75 mm; 0,315 mm; 0,16 mm, R) est caractérisée en ce que 65 à 80 % des fibres. de face restent entreAes sas 0,16 et 0,75 mm, et 55 à 70 % des fibres, pour la couche centrale, restent entre les sas 0,315 et 1,5 mm. La quantité de fibres qui s'évacue des silos est réglée automatiquement à l'aide des bascules à bande transporteuse 27, 28 et 29 qui assurent aussi la proportion établie de 20 à 40 % de fibres de face et de 80 à 60 % de fibres pour la couche centrale, le matériau étant ensuite transporté de manière pneumatique aux têtes à parsemer 30 et 31 pour les couches de face et 32, 33, 34 pour la couche centrale 3 (c'est-à-dire 3a, 3b, 3c). La machine à former la nappe est constituée de cinq têtes à parsemer et fonctionne sur le principe de la carcasse semi-cylindrique perforée dans laquelle tourne un tambour à brasses qui rejette la fibre sur une bande en tamis en mouvement horizontal, une dépression de 50 à 300 mm C.A. étant crée sous la bande en tamis. Dans le but d'obtenir une couche centrale homogène et pour l'interposition des fibres des couches de face et centrales, les tambours de toutes les têtes de la machine tournent dans le même sens, c'est-à-dire dans le sens de l'avance de la bande sur laquelle se forme la nappe.Chaque tête est pourvue,à l'arrière, d'un écran qui descend jusqu'à 50 mm au-dessus de la nappe, de sorte que l'air qui est absorbé à l'extrémité inférieure du sas pénètre seulement par la partielsituée devant la tête, l'air se déplaçant en sens contraire à la direction de la projection des fibres par le tambour à brasses. On obtient ainsi un contrôle sur l'effet de fractionnement qui apparaît en parsemant avec le système décrit, effet qui peut conduire à la formation d'une nappe sans homogénéité, avec des couches de fibres grossières qui forment des zones de résistance minime dans la plaque. Pour assurer une quantité constante de matériau par unité de surface, on a prévu deux fraises : une fraise 35 pour la couche centrale et une fraise 36 pour la couche de face supérieure. Par réglage du clapet de distribution 37 situé sous la balance de fibres de face 27, et le réglage de la-hauteur des fraises 35 et 36, on réalise la symétrie en section de la nappe de fibres. Le tapis 38 ainsi obtenu est comprimé tout d'abord dans une presse à bandes de caoutchouc 39, scié en longueur avec des scies circulaires 40, et en largeur avec des scies circulaires 41, élevé à laide du dispositif de transfert 42 à bote à vide et déposé directement sur les tôles de transport 43 en acier inoxydable, polies à éclat supérieur (hauteur des micro-irrégularités : 0,2 à 0,6 microns). Les tôleslsur lesquelles se trouve la nappe se deplacent sur un système de transporteurs arrivant à une installation 44 pour la pulvérisation d'une émulsion de paraffine, ou d'un autre matériel hydrofuge ou de séparation, de moulage. La pulvérisation se réalise à l'aide de l'air comprimé dans un ajutage de construction spéciale. La nappe est couverte au passage d'une couche de 10 à 2 100 g/m d'émulsion finement dispersée ; celle-ci a pour rôle d'empêcher le collage des fibres de matrices (tôles) polies fixées à la partie inférieure des plateauai de la presse, de r.aliser l'effet bien connu Pe enoc de -,apeu " 2 la fermeture de la presse, et de plastifier les fibres qui constitueront une couche lisse à la face supérieure de la plaque. Les tôles avec la nappe humidifiée sont introduites dans le châssis de chargement 45, puis dans la presse à multi-étages 46 comportant des plateaux réchauffés et un dispositif pour la fermeture simultanée. Le pressage se fait à la température de 1800 à 220" C et aux pressions 2 spécifiques de 10 à 50 ou 70 kg/cm , pendant 4 à 6 minutes pour les plaques de 4 mm et 5 à 7 minutes pour les plaques de 6 mm, suivant un diagramme adapté à la matière première, à l'humidité et au degré de finesse des fibres, à la température de pressage, etc... Dans les processus physico-chimiques qui ont lieu pendant la compression et qui déterminent les propriétés des plaques, les substances volatiles apparues au commencement de la distillation à sec du bois ont un rôle particulièrement important. Le diagramme de compression doit être conduit de telle façon que, en tenant compte des autres paramètres, il assure le développement optimal de tous ces processus. Les plaques en fibres de bois pressées sont extraites avec les tôles dans le châssis de déchargement 47, puis soulevées avec des ventouses 48 sur un transporteur 49 pendant que les tôles reviennent dans le circuit de travail. Les plaques sont acclimatées à l'humidité de livraison (4 à 8 %) et sciées à format final. Dans la zone de retour du circuit de travail, les tôles de transport passent sous une brosse cylindrique horizontale 50 qui est actionnée dans un mouvement de rotation en sens contraire du déplacement des tôles et est pressée sur les tôles à l'aide de cylindres pneumatiques commandés automatiquement. La brosse descend au moment de l'entrée de la tôle sur la surface de celle-ci; si la tôle s'arrête, la brosse se soulève pour ne pas détériorer l'éclat de la tôle par le brossage de la même zone trop longtemps. Ce système assure le net-toyage des restes éventuels de fibres des tôles à chaque passage et maintient l'éclat des tôles. La brosse est dotée d'un système puissant de ventilation avec un ventilateur 51 et une fente d'absorption sur toute la longueur du capot qui abrite la brosse. Les tôles de transport sont refroidies ensuite au passage dans une installation 52 avec des jets d'air comprimé dirigés vers les deux faces des tôles; après cela, les tôles reviennent à la place de dépôt de la nappe. Le refroidissement par trois convections abaisse la température de la tôle jusqu'à 100 à 140 C. Pour rendre meilleure la planéité des tôles à l'extraction du châssis de déchargement, on peut prévoir une installation supplémentaire de refroidissement 53, avec des jets d'air comprimé sous la face inférieure des tôles dans la zone centrale, immédiatement après la sortie du châssis. Les avantages que présentent le produit ainsi que le procédé et l'installation conformes à l'invention, sont les suivants - les plaques de fibres de bois dures et semi-dures à deux faces lisses conformes à l'invention présentent des caractéristiques physico-mécaniques et d'aspect supérieures, de sorte qu'elles se prêtent au recouvrement avec mélamine, à l'émaillage ou à l'impression directe de texture avec ou sans vernissage, etc... Par modification de la quantité d'adhésif et d'hydrofuge, on peut obtenir des plaques ayant des caractéristiques correspondant à n'importe quelles utilisations spéciales (résistance aux intempéries, etc...).On utilise, comme matière première, le bois des arbres feuillus à essences dures, qui peut être entièrement non écorcé et en assortiments inférieurs (bois mince, branches, déchets dans une proportion allant jusqu'à 50 % sans diminuer la quantité des plaques obtenues; - en comparaison avec tous les procédés connus, le procédé conforme à l'invention présente une économie particulière par suite de la consommation réduite de matière première et de substances d'addition, et cela à cause de la mise en valeur, comme liant, des substances solubles du matériau fibreux, par suite de la consommation réduite d'énergie électrique à cause du fait qu'oh raffine seulement le refus de triage et non pas la totalité des fibres, par suite de la consommation réduite d'énergie thermique, à cause du pressage du tapis à basse humidité et du refroidissement limité des tôles de transport, enfin, par suite de la consommation réduite d'eau et l'élimination du problème des eaux résiduelles et de la simplification du procédé par suppression du traitement thermique. 'EVENDICATIONS l.-Plaque en fibres de bois, à triple stratification, dure ou semi-dure, à deux faces lisses,comportant des résines thermo-rigides et des substances hydrofuge caractérise en ce que, dans le but d'améliorer les caractéristiques physico-mécaniques, d'obtenir une consommation réduite de substances d'addition, et de permettre l'utilisation du bois des arbres feuillus à essences dures dans une proportion de 100 % entièrement non écorcé et dans des assortiments inférieurs, les couches qui forment les deux faces (1,2) chacune ayant une épaisseur de 10 à 25 7 de l'épaisseur totale de la plaque, sont constituées de fibres individualisées et de paquets de fibres dont 65 à 80 % sont comprises entre 0,16 mm et 0,75 mm (sas DIN), avec une teneur en matériaux d'adjonction de 10 à 100 7 environ, plus grande que dans la couche centrale (3), cette dernière, ayant une épaisseur de 50 à 80 % de l'épaisseur de la plaque, étant constituée de plusieurs couches superposées entrepercées de fibres qui, dans une proportion de 55 à 75 % sont comprises entre 0,315 mm et 1,5 mm (sas DIN), les fibres situées dans les zones adjacentes aux couches de face avec la couche centrale étant entrepercées, la couche centrale ayant une structure homogène dans toute son épaisseur, la quantité de résine thermorigide à la tonne de produit fini étant d'environ 8 à 20 kg, et celle des substances hydrofuges, par exemple de la paraffine, comprise entre 10 et 20 kg. 2.- Procédé pour obtenir les plaques en fibres de bois conformes à la revendicatio4, caractérisé en ce que, dans le but d'assurer une homogénéité de structure et d'aspect et des propriétés physico-mécaniques supérieures du produit, la matière première sous forme de copeaux éventuellement lavés, est amenée dans le réchauffeur et est soumise à un traitement hygrothermique avec vapeurs saturées sous 8 à 14 atmosphères et à la température correspondant à l'état de saturation pendant 3 à 8 minutes, transférée dans le défibreur en recevant la paraffine fondue sous pression, dans une proportion de. 10 à 22kg/t, les fibres ainsi préparées étant traitées, pendant l'évacuation continue du défibreur avec une resine phénolique en proportion de 8 à 20 kg/t, puis avec de l-'acide sulfurique en proportion de O à 3 kg/t de produit fini; les fibres passent ensuite dans l'installation de séchage continu à air chaud où l'humidité est réduite jusqu'à 4 à 15 7, le matériau étant ensuite trié en fractions avec une finesse correspondant à la proportion de 65 à 80 % de fibres comprises entre les sas DIN 0,16 - 0,75 mm, pour les faces,de 55 à 75 7. entre les sas DIN 0,315 - 1,5 mm, pour la couche centrale, le circuit comprenant également le raffinage du refus de triage; le matériau est ensuite ensiloté, envoyé avec un débit contrôlé vers l'endroit de la formation de la nappe, par la superposition entrepercée d'un nombre multiple de couches avec homogénéité de la couche de noyau et nivellement successif de la couche cen trale et de la couche supérieure de face; la nappe ainsi obtenue est soumise à un pressage, sciée à format brut et déposée sur des tôles en acier inoxydables polies, puis on applique sur la surface de la nappe une quantité de 10 2 à 100 g/m d'une émulsion de paraffine sous forme finement pulvérisée, après 2 quoi la nappe est pressée sous une pression de 10 à 60 kg/cm2, à des tempé- ratures de 180 à 2200 C pendant 3 à 10 minutes, les plaques sont extraites, transportées à l'acclimatation et au sciage à format, et les tôles de transport plies sont nettoyées avec maintien de l'éclat par brossage, et refroidies avec de l'air dans la zone de retour du circuit, jusqu'à la température de 100 à 14) C à chaque passage. 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'agent hydrofuge, par exemple la paraffine, est introduit à l'état fondu à une suprapression de 1 à 5 atm.par rapport à la pression du réchauffeur dans la chambre de défibrage, entre les disques de défibrage, la résine phénolique qui a un temps de solidification de 50 à 90 secondes à 1300 C en solution aqueuse comportant 15 à 25 7 de substance active, est injectée sous une pression de 2 à 7 atm. dans la soupape d'évacuation de la fibre du défibreur et l'acide sulfurique en solution aqueuse de 5 à 10 7 est introduit par pulvérisation avec air comprimé à une distance de 0,4 m environ en aval du point d'adjonction de la résine phénolique dans la conduite d'évacuation des fibres. 4.- Installation pour l'obtention de plaques dures et semi-dures suivant le procédé des revendications 2 et 3, à partir d'une nappe de fibres séchées, et constitué de circuits de transport, de châssis étagés et d'une presse, caractérisée en ce que la nappe est déposée directement sur les tôles de transport (43) en acier inoxydable à composition correspondante, ayant une surface polie à éclat supérieur, la hauteur des micro-irrégularités étant de 0,2 à 0,5 microns, le circuit des tôles de transport étant équipé, avant l'entrée dans la presse, d'une installation (44) pour la pulvérisation d'émulsion de paraffineou d'une a.utre substance hydrofuge (ou de démoulage) après le pressage et la séparation des plaques, et dans la zone de retour des tables dans le circuit de transport, d'une brosse métallique cylindrique horizontale (50.) actionnée suivant un mouvement de rotation en sens contraire au sens de déplacement des tôles et descendue et pressée avec des cylindres d'air comprimé à commande automatique sur les tôles au cours du passage au-dessus d'elle (si les tôles s'arrêtent, la brosse se lève), avec ventilation par fente sur toute la longueur de la génératrice (51), cette brosse nettoyant la surface des tôles avec maintien de l'éclat, et enfin d'une installation pour le refroidissement des tôles par soufflage avec jeta d'air comprimé (52), et éventuellement d'une installation de refroidissement supplémentaire (53) avec de l'air à la partie inférieure des tôles, immédiatement après la sortie du châssis de déchargement.