Brevet FR2480674A1 — publié le 19811023

La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication de panneaux de bois à couches multiples, particulièrement pour portes, cloisons et équivalents, capables de résister à de fortes sollicitations mécaniques telles que, par exemples celles qui sont engendrées à l'occasion de tentatives d'effraction (portes et cloisons anti-effraction) ainsi que de résister à la pén6- tration de projectiles tirés à petite distance (portes et cloisons anti-projectiles). L'invention se rapporte également aux portes, cloisons et équivalents obtenus à partir de panneaux fabriqués conformément au procédé suivant l'invention. Il est connu que, jusqutà présent, pour réaliser une porte ou une cloison en bois capable de résister aux tentatives d'effraction ou même à la perforation par des projectiles tirés à petite distance, on munissait cette porte ou cloison d'une importante cuirasse, généralement constituée par une ou plusieurs plaques métalliques d'épaisseur approprie. Les inconvénients reconnus des portes ou cloisons ainsi obtenues et qui consistent, par exemple, dans le poids élevé du produit fini, la médiocre ma niabilité, le prix élevé de la fabrication et de la mise en oeu vre, les caractéristiques limitées d'usinabilité et de déformabi- lité des cuirasses métalliques, comparativement à celles du bois, ont pratiquement iimité la production de portes et cloisons antiprojectiles et anti-effraction à des dimensions et formes standar- disées, en limitant en conséquence le domaine d1 application de ces produits. Une autre limitation est dfte à l'aspect désagréable des produits finis obtenus par la technique mentionnée plus haut.Il existe donc une forte demanda, non encore satisfaite, de portes, cloisons et équivalents qui possèdent des caractéristiques de résistance à l'effraction et aux projectiles au moins comparables à celles des portes et cloisons cuirassées obtenues par la technique mentionnée plus haut mais qui conservent les propriétés de poids, maniabilité, usinabilité et ddformabilité propres du bois, de manière à éviter les inconvénients exposés plus haut. Une première condition à respecter pour satisfaire les spécifications mentionnées plus haut consiste à utiliser un panneau de bois capable d'arrêter un projectile même tiré à petite distance. En d'autres termes, il est nécessaire que, dans un tel panneau de bois, la totalité de l'énergie cinétique du projectile soit transformée en un travail mécanique de déformation d'une partie du panneau qui est réparti sur une longueur inférieure à l'é- paisseur de ce panneau. Une deuxième condition à respecter consiste à maintenir l'épaisseur d'un tel panneau de bois dans des limites économiquement et techniquement acceptables pour les produits (portes, cloisons et équivalents) que l'on entend fabriquer à partir do ces panneaux. L'idée de solution du problème technique qui a été ins piréer à la demanderesse par les considérations ci-dessus consiste à réaliser un panneau de bois composé de plusieurs couches intercalées avec des couches de renforcement, chaque couche de renforcement possédant une rigidité supérieure à la rigidité connue des couches de bois qui lui sont contiguës. Cette rigidité qui varie d'une couche à l'autre dans un panneau à plusieurs couches de bois est telle qu'en réponse au choc du projectile, la couche de renforcement puisse fléchir initialement en direction de la couche suivante composée de bois et possédant une plus faible rigidité de manière que la force concentrée exercée sur la couche de renforcement par le projectile se trouve répartie sur une plus grande surface de la couche suivante composée de bois, ce qui se traduit par une réduction des forces spécifiques. Ce processus se répète en s'amplifiant en réponse au choc du projectile sur les couches de renforcement suivantes du panneau à couches multiples.Le résultat est que l'énergie cinétique initialement possédée par le projectile est rapidement annulée par transformation en un travail accompli pour déformer les couches, en particulier pour déformer les couches de bois qui sont sollicitées sur des aires de plus en plus grandes en raison de la présence des couches de renforcement de grande rigidité. La technique consistant A intercaler des couches de bois et des couches de renforcement constituées, par exemple, par des fibres possédant des caractéristiques mécaniques appropriées et imprégnées de résines appropriées,- est déjà connue dans le domaine de la fabrication des bois contre-plaqués et équivalents ou des panneaux de faible épaisseur pour sièges, tablettes ou revetements résistants à l'agression des agents de l'environnement. D'un autre ont il est également connu que les produits de ce type n'oppo- sent pas une résistance mécanique efficace aux tentatives d1effrac- tion ni, encore moins, aux projectiles tirés à petite distance. En outre, les panneaux multicouches obtenus par application de la technique connue ne possèdent pas les caractéristiques désirées de maniabilité et d'usinabilité d'un bloc de bois. Les tentatives d'application de la technique connue mentionnée plus haut consistant à intercaler des couches de bois et des couches de renforcement pour obtenir des panneaux multicouches d'une épaisseur très importante ont donné naissance àdes panneaux qui, en dehors de leur inconvénient de défaut d'usinabilité et de déformabilité présentaient, soumis à des épreuves de résistance aux projectiles et à l'effraction les mêmae caracté- ristiques de résistancenulle que les panneaux multicouches d'é passeur réduite. Suivant une interprétation de ce comportement négatif, dans les conditions de température et de pression qui sont enseignéespar la technique connue pour polymériser et con- solider l'ensemble de couches de bois et de renforcement, les couches de bois subissent une bakélisation poussée qui entraine un accroissement considérable de leur rigidité. La présente invention a pour objet un procédé de fabrication de panneaux de bois comprenant plusieurs couches de renforcement, pouvant être travaillés et déformés de la même façon qu'un bloc de bois, utilisables pour la réalisation de portes, cloisons et équivalents anti-projeotiles et anti-effraction, procédé qui est caractérisé en ce qu'il comprend les phases successives consistant à : a) imprégner des fibres de renforcement choisies parmi les fibres de jute, les fibres de polyesters et les fibres de polyamides d'une résine thermodurcissable choisie parai les résines d'urée, les résines de mélamine et leurs mélan- ges, en réglant l'eventuelle teneur en humidité à des valeurs non supérieures à 12 % en poids t b) former un empilement constitué par un ensemble de couches de bois d'une épaisseur comprise entre 1,0 et 1,6 mmt séparées par des couches desdites fibres de renforcement imprégnées de ladite résine g c) soumettre cet empilement à une température de 900 C à 1300 C, sous une pression de 9 à 25 kg/cm2, ce traitement entranant simultanément la réticulation de ladite résine et l'adhérence de chaque couche de fibres de renforcement et de la résine en cours de réticulation sur les couches de bois adjacentes et évitant la pénétration des couches de bois et leur bakélisation. L'invention a également pour objet un panneau monolithique en bois à couches multiples capable de résister à de fortes sollicitations mécaniques, ce panneau étant caractérisé en ce qu'il est composé de plusieurs couches constituées alternativement par des couches de bois possédant une Epaisseuroomprise entre 1,0 et 1,6 mm et par des couches de fibres de renforcement choisies entre les fibres de jute, les fibres de polyesters et les fibres de polyamides, imprégnées d'une résine thermodurcissable choisie parmi les résines d'urée, les résines de mélamine et leurs mélanges. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant au dessin annexé qui représente un panneau suivant l'invention par une vue en perspective et en coupe partielle. EAPLS i. Sur le plateau inférieur d'une presse hydraulique comprenant des plateaux dans lesquels sont incorporés des moyens de chauffage commandé, on forme un empilement composé de dix-sept couches de bois de hetre alternant avec seize couches de fibres de renforcement imprégnées de résine En particulier, chaque couche de bois de hêtre a pour dimensions 440 x 430 x 1,4 mm tandis que chaque couche de renforcement est composée de trois nappes de fibres d'une résine polyester imprégnées d'une résine de mélanine. Chaque nappe possède une épaisseur d'environ 0,55 mm. La teneur en humidité de chaque nappe de fibres de résine polyester imprégnées d'une résine de mé- lamine est de 9 % en poids. Sous l'effet de la mise en action de la presse, l'empilement décrit ci-dessus est simultanément soumis à une pression 2 de 18 kg/cm et à une température de 1040 a. Ces conditions de pression et de température sont maintenues pendant une durée d'une heure, ce qui correspond à un degré de réticulation ou de polym6- risation tel que la couche de renforcement présente à la fin de ce traitement une dureté Rockwell R de 75 (ASTYi-D 785- valeur moyenne de 6 épreuves). Lors de l'ouverture de la presse, on décharge un panneau monolithique possédant une épaisseur de 50 mms un poids total de 12 kg et un poids spécifique de 1,19 kg/dm3. Ce panneau peut 8tre travaillé à l'aide d'outils à bois d'une façon entièrement analogue au mode de travail d'une planche en bois de entre, On indique ci-après les résultats d'essais de résistance à la pénétration de projectiles exécutés sur le panneau obtenu par le procédé de l'exemple 1. On fixe rigidement un tel panneau à un support métallique et on tire les projectiles à une distance de 2 m suivant une trajectoire perpendiculaire à la surface du panneau. Les conditions ambiantes sont les suivantes t - Température t 200 C - Humidité relative t 65 % - Pression atmosphérique t 739 mm de Hg. a) Revolver Uberti calibre 357 Magnum, longueur du ca- non t 190 mm - cartouches RWS Geoo - projectile blindé avec ogive conique et pesant 1052 g. - Energie cinétique du projectile à 2 m = 760 joules, On tire trois coups aux sommets d'un triangle isocèle de 25 mm de côte. Tous les projectiles sont arrêtés. L'impact du troisième projectile a provoqué la rupture de la dernière couche de placage de hêtre et une légère déformation de la surface arrière du panneau. b) Revolver Uberti calibre 44 Remington Magnum - longueur du canon s 190 mm - cartouches WESTERN munies d'un projectile type Gas Check Lubaloy de 1515 g. - Energie cinétique du projectile à 2 m w 1500 joules. On tire trois coups aux sommets d'un triangle équilatéral de 65 mm de côte. Tous les projectiles sont arrêtés. Au droit des points d'impact des projectiles, la surface arrière du panneau s'est notablement déformée et la dernière couche de placage de bois de hêtre s'est fendue. c) Fusil automatique Franchi calibre 12 - cartouches Gevelot munies d'un projectile type ;RENNuoe' en plomb de 27 g. - Energie cinétique du projectile à 2 m = 2200 joules. On tire quatre coups aux sommets d'un carré de 75 mm de côte. Résultats de l'épreuve t identiques à ceux de l'épreuve b). Il ressort de façon évidente des résultats obtenus que le panneau de bois suivant l'invention possède des caractéristi- ques de résistance importantes et surprenantes en ce qui concerne la pénétration des projectiles tirés à petite distance. Naturellement, un tel panneau peut être avantageusement utilisé également pour la fabrication de portes anti-effraction. EXEMPLE 2. On répète les opérations de l'exemple 1, sauf le fait que les fibres de polyesters sont imprégnées d'une résine d'urée. Dans ce cas, les conditions de temparature et de pression sont respectivement de 1120 C et de 21 kg/cm2. Ces valeurs de température et de pression sont maintenues pendant une durée d'une heure. A l'ouverture de la presse, on obtient un panneau monolithique qui, soumis aux mâme épreuves de résistance à la pénétra- tion de projectiles que celles qui ont été décrites plus haut, pré sente les mêmes excellents résultats. EXEMPLE 3. On répète exactement les opérations de l'exemple 1 sauf que les fibres de polyesters sont imprégnées d'un mélange d'une résine d'urée et d'une résine de mélamine. Dans ce cas, les conditions de température et de pression auxquelles on soumet l'empilement de couches de bois et de couches de renforcement sont respectivement de 1300 C et de 2G kg/cm?. Ces conditionsde pression et de température sont maintenues pendant une durée d'une heure. Lors de l'ouverture de la presse, on obtient un panneau monolithique d'une épaisseur de 45 mm qui, soumis aux mimes épreuves de résistance à la penétration de projectiles, présente des résultats tout à fait analogues à ceux indiqués pour le panneau de bois de l'exemple 1. Les panneaux de bois obtenus par les procédés décrits aux exemples 2 et 3 peuvent également Store travaillés à l'aide d'outils à bois avec la mSme facilité qu'un bloc de bois de hêtre, wYanPLE 4. On répète les opérations des exemples 1 à 3, sauf que les nappes de fibres de renforcement sont constituées par des fibres de jute et des fibres de polyamides. Dans tous les cas, on obtient des panneaux monolithiques en bois pouvant être travaillés à l'aide d'outils à bois et qui présentent sensiblement les mêmes résultats de résistance à la pénétration des projectiles qui ont été indiqués plus haut à propos de l'exemple 1. Le procédé décrit aux exemples précédents est ensuite répété sur toute une série d'empilements de couches de bois et de couches de renforcement identiques aux empilement utilisés dans les exemples 1 à 5, sauf que l'on réduit progressivement la pression dans l'intervalle de 20 kg/cm2 à 9 kg/cm2 tandis que l'on fait varier la température dans l'intervalle de 900 C à 1300 C. En agissant de cette façon, on obtient toujours des panneaux de bois monolithiques qui peuvent Entre travaillés faci- lement à l'aide d'outils & bois et qui, soumis à des épreuves de résistance à la pénétration de projectiles, présentent des valeurs de résistance progressivement décroissantes. Toutefois, tous ces panneaux de bois conservent de notables et appréciables caracté- ristiques de résistance à l'effraction. EXEMPLE 5. On reproduit les opérations des exemples 1 à 4, sauf qu'avant de former l'empilement, on saupoudre au moins l'une des couches de renforcement d'une couche uniformément répartie de particules abrasives constituées par de la grenailles de fonte. Dans tous les cas, on extrait de la presse des panneaux monolithiques qui, en dehors de leurs qualités de résistance aux fortes sollicitations mcaniques, sont inattaquables aux outils d'effraction habituels tels que les scies à main, tout en conservant de bonne qualités d'usinabilité à l'aide d'outils à bois normaux équipés de mises en carbure de tungstène. Il est important de remarquer que les panneaux monolithiques de bois obtenus par le procéda suivant ltinvention possèdent une grande résistance à la flamme qui s'est toujours révélée conforme aux valeurs prescrites par les normes de sécurité contre l'incendie actuellement en vigueur, surtout dans les cas où l'on utilise des fibres de verre ou de jute imprégnées d'une résine de mélanine. En se référant au dessin annexé, on a indiqué en 1 dans son ensemble un panneau de bois à couches multiples qui est composé de plusieurs couches de bois de hêtre toutes désignées par la référence 2 et possédant chacune une épaisseur de 14 mm, ces couches alternant avec des couches de renforcement qui sont toutes indiquées par la référence 3 et possèdent une épaisseur d'environ 1,5 mm chacune. Les couches 3 sont composées de plusieurs nappes de fibres, qui sont toutes désignées par la référence 4, les fibres étant composées d'une résine polyester et ces nappes étant imprégnées d'une résine de mélanine. Dans une forme de rEa- lisation avantageuse une couche uniforme 5 de particules abrasives constituées par de la grenaille de fonte est noyée dans l'une des couches de renforcement 3. Bien entendu, diverses modifications pourront être apportées par l'homme de l'art au procédé et aux panneaux qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. RVNDI C AT ION S 1 - Procédé de fabrication de panneaux de bois à couches multiples, notamment pour portes, cloisons et équivalents, capables de résister à de fortes sollicitations mécaniques, ce procédé étant caractérisé par les phases suivantes consistant à : a) imprégner des fibres de renforcement choisies parmi les fibres de jute, les fibres de polyesters et les fibres de polyamides d'une résine thermodurcissable choisie parmi les résines d'urée, les résines de mélamine et leurs mélanges, en réglant l'éventuelle teneur en humidité à des valeurs non supérieures à 12 % en poids ; b). former un empilement constitué par un ensemble de couches de bois d'une épaisseur comprise entre 1t0 et 1,6 mm, séparées par des couches desdites fibres de renforcement imprégnées de ladite résine 3 c) soumettre pet empilement à une température de 900 C à 1300 C, sous une pression de 9 à 25 kg/cm2, ce traitement entrai- nant simultanément la réticulation de ladite résine et l'adhéren- ce de chaque couche de fibres de renforcement et de la résine en cours de réticulation sur les couches de bois adjacentes et évitant la pénétration des couches de bois et leur bakélisation. 2 - Procédé suivant la revendication 1, pour la fabrication de panneaux de bois à couches multiples destinés à former des portes, cloisons et équivalents capables de résister aux pro jectiles, caractérisé en ce que ledit empilement composé de plusieurs couches de bois alternant avec des couches desdites fibres de renforcement imprégnées de ladite résine est soumis à une température de 900 C à 1300 C et à une pression de 20 à 25 kg/cm2 pendant un temps compris entre 50 et 65 minutes. 3 - Procédé suivant les revendications 1 et 2, pour la fabrication de panneaux de bois à couches multiples capables de résister à l'effraction, caractérisé en ce que prealablement à l'empilement, on saupoudre au moins une couche desdites fibres imprégnées de ladite résine d'une couche de particules abrasives uniformément répartie. 4 - Panneau à couches multiples pour portes et cloisons capables de résister aux projectiles et a lIeffraction, comprenant plusieurs couches de bois séparées par des couches de fibres de renforcement choisies parmi les fibres de verre, les fibres de polyesters, les fibres de polyamides, le jute et équivalents, imprégnées d'une résine thermodurcissable choisie parmi les rési- nes d'urée, les résines de mélanine et leurs mélanges, ce panneau étant caractérisé en ce qu'il est fabriqué conformément au procédé suivant la revendication 1. 5 - Panneau capable de résister aux projectiles comprenant plusieurs couches de bois alternant avec des couches de fibres de renforcement choisies parmi les fibres de polyesters, les fibres de polyamides, les fibres de jute et équivalents imré- gnées d'une résine thermodurcissable choisie parmi les résines d'urée, les résines de mélamine et leurs melangess caractérisé en ce qu'il est obtenu conformément au procédé suivant la revendication 2. 6 - Panneau capable de résister à l'effraction compre nant plusieurs couches de bois alternant avec des couches de fibres de renforcement choisies parmi les fibres de verre, les fibres de polyesters, les fibres de polyamides, les fibres de jute et équivalents imprégnées d'une résine thermodurcissable qui est choisie parmi les résines d'urée, les résines de mélamine et leurs mélangessau moins l'une des couches de fibres contenant une cou- che de particules abrasives uniformément répartie, ce panneau étant caractérisé en ce qu'il est obtenu conformément au procédé suivant la revendication 3.