Brevet FR2608089A1 — publié le 19880617

PROCEDE DE PRODUCTION DE PRODUITS DECORATIFS, NOTAMMENT A BASE DE FRAGMENTS OU MORCEAUX DE BOIS, ET PRODUITS OBTENUS La présente invention concerne le domaine de la production de produits à caractère décoratif pouvant être utilisés en feuilles, en bandes, en panneaux, en blocs, notamment pour la décoration de locaux d'utilisation ou d'habitation. Bien que non spécialement limitée à cette application, l'invention vise, plus particulièrement, La récupération et L'utilisation de fragments ou morceaux de bois brut ou usiné, provenant des exploitations forestières ou des industries de transformation-usinage du bois brut. Une proposition de récupération et d'utilisation de tels produits, à de telles fins, a déjà été préconisée, notamment par le brevet français 71-38 306 (2 113 222). Dans ce brevet français,, iL est envisagé la possibilité de réaliser un panneau décoratif en plaçant, dans un moule, des branches ou brindilles noyées dans une masse d'une matière plastique, indifféremment à caractère thermo-durcissable ou thermo-plastique. L'enseignement à caractère très général, fourni par un tel document, ne peut être considéré comme apportant les éLéments d'information nécessaires et suffisants à l'homme de métier pour mettre en oeuvre une telle technique. En effet, la mise en oeuvre des moyens préconisés conduit à L'obtention d'un produit fini ne pouvant être commercialisé en raison des défauts qu'il présente. Le premier est l'inclusion dans la matière plastique de bulles de tailles différentes qui détruisent L'aspect esthétique du produit et nuisent, également, à ses caractéristiques mécaniques. Le second tient au fait que le tranchage, à partir d'un bloc moulé, pour obtenir par exemple des. plaques, fait apparaître que les déchets ou chutes de bois sont, en partie au moins, imprégnés à L'intérieur de leurs canaux par la résine. Le contraste de couleurs et l'aspect esthétique, dus à l'essence et au veinage des produits inclus, s'en trouvent fortement altérés de façon définitive. Un troisième défaut tient au fait que, dans leur quasi ensemble, les matières plastiques préconisées possèdent un coefficient de retrait important lors de la phase de durcissement. Ce retrait contraint les déchets ou chutes, au point de les détériorer en provoquant leur déchirement, leur éclatement et/ou leur fragmentation. Ce retrait est aussi responsable de contraintes internes produisant une déformation notable du produit fini qui nécessite alors, le plus souvent, une opération d'usinage importante pour Lui conférer un aspect extérieur convenable. Ces contraintes internes sont aussi responsables de fentes, plans de clivage, etc... dans la masse de matière plastique durcie et, parfois, d'une rupture de liaison entre la résine et Les morceaux inclus. La mise en oeuvre d'une résine époxy n'est pas de nature à supprimer les problèmes ci-dessus. On sait, en effet, qu'une telle résine, surtout en masse, présente la caractéristique d'une forte exothermie lors de la polymérisation. Au moment de la réticulation, les calories produites se dissipent mal et provoquent des tensions internes responsables de plans de clivage, d'une gazéification au moins locale entraînant la formation de bulles incluses. Les fragments de bois enrobés de résine sont soumis à la même température qui peut être de l'ordre de 2000 C. L'air contenu dans les fibres et canaux du bois-est ainsi élevé en température et subit une dilatation provoquant un dégagement périphérique de bulles qui sont saisies et immobilisées dans la résine en cours de polymérisation. L'interface bois-résine se présente, en définitive, sous La forme d'une mousse, plus ou moins densé, conférant de médiocres qualités mécaniques à la liaison bois-résine. Pour tenter de remédier à ces différents inconvénients, la demande française n 84-12 174 (2 568 164) a préconisé un procédé consistant à utiliser une résine époxy liquide et polymérisant à température ambiante, en présence d'un réactif de polymérisation ayant un caractère le moins réactif à la même température, puis à utiliser des fragments de bois prélablement chauffés à une température homogène supérieure à la température de crête d'exothermie de polymérisation du mélange ré#ine-réactif. Un tel procédé doit permettre, vraisemblablement, de supprimer certains au moins des inconvénients mentionnés ci-dessus. Cependant, un tel procédé ne représente pas une méthode satisfaisante et de mise en oeuvre industrielle pratique, car elle exige une manipulation importante des bois et/ou des moules de coulée, ainsi qu'une installation de contrôle thermique suffisamment développée pour l'établissement et le contrôle de paramètres variant en fonction de La masse et/ou de l'essence des fragments de bois. L'objet de L'invention est, justement, de fournir les moyens techniques nécessaires et suffisants pour permettre de produire, à partir d'une matière plastique appropriée et d'au moins des fragments et/ou morceaux de bois, des produits décoratifs, à caractère esthétique certain, exempts de défauts et déformations et pouvant être obtenus de façon pratique aisément industrialisable en limitant, par ailleurs, la consommation ou l'utilisation de la quantité de matière plastique. Pour atteindre l'objectif ci-dessus, le procédé de fabrication selon l'invention est caractérisé en ce qu'il consiste, immédiatement après la coulée de la résine'dans le moule, à - disposer le moule et son contenu dans une enceinte en dépression pour provoquer un débullage des inclusions gazeuses dégagées dans la résine, - ramener le moule et son contenu à la#pression ambiante avant de le placer dans une enceinte de polymérisation à température contrôlée, - refroidir le moule et son contenu jusqu'à une température stabilisée d'environ 50 C, - chauffer progressivement le moule et son contenu jusqu'à une température permettant d'amorcer une polymérisation partielle de la résine, - refroidir, progressivement, le moule et son contenu jusqu a atteindre et maintenir une température voisine de 140 C favorable à un premier stade de réticulation, - monter de nouveau le moule et son contenu jusqu'à une température de l'ordre de 350 C permettant une seconde phase de réticulation, - surchauffer le moule et son contenu jusqu une température de recuit, -laisser refroidir jusqu a température ambiante avant de démouler. L'invention a, également, pour objet, tout produit décoratif obtenu à partir du procédé ci-dessus. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description ci-dessous faite en relation avec les dessins annexés. La fig. 1 est une c#oupe transversale schématique d'une phase du procédé de- l'invention. La fig. 2 est une vue schématique montrant en coupe un moyen de mise en oeuvre de l'invention. La fig. 3 est une courbe illustrant le procédé de l'invention. Le procédé selon l'invention consiste à realiser un produit décoratif, de toute forme appropriée, en utilisant des fragments et/ou morceaux de bois placés dans un moule et noyés ou submergés dans une masse de matière plastique contenue dans un tel moule. Par fragments et/ou morceaux, il faut entendre, à la fois les chutes, les déchets et/ou les pièces de bois brutes et/ou usinées. Le rapport du volume occupé par les fragments et/ou morceaux par rapport à celui du moule peut être variable. Dans certains cas, les fragments et/ou morceaux peuvent être disposés pour être placés en proche proximité, sinon en contact partiel par leur surface périphérique. Il peut même être envisagé de mélanger des fragments ou morceaux de bois et des fragments ou morceaux de matières différentes et même de matière plastique thermodurcissable colorée ou non. Les fragments et/ou morceaux peuvent être de formes différentes et être placés sans aucun sens préférentiel ou, au contraire, en étant alignés selon une direction privilégiée pour des raisons esthétiques ou mécaniques spécifiques. Selon L'invention, on utilise des fragments et/ou morceaux de bois ayant une faible hygrométrie, par exemple de l'ordre de 6 à 8 % au maximum. Ces fragments et/ou morceaux de bois, de même que les éventuels fragments et/ou morceaux de matières différentes, sont posés et maintenus sur le fond d'un moule définissant la forme de la pièce ou du produit à obtenir. Le maintien des fragments est assuré de manière à éviter qu'ils ne flottent ou ne se déplacent lors de la coulée ultérieure d'un système plastique fluide chargé de les enrober et de les recouvrir. A cet effet, une méthode convenant bien consiste à tapisser le fond du moule, préalablement revêtu d'un agent de démoulage, avec un film, une nappe ou une feuille de matière, ajourée ou non, découpée à la forme en plan du fond. Une nappe en polyester non tissé convient particulièrement bien.Une couche de colle, de préférence à base d'un système de résine epoxy liquide incluant un accélérateur de polymérisation, est déposée sur la face apparente de cette nappe pour traverser cette dernière et l'accrocher à L'agent de démoulage dont le moule a été préalablement enduit. Cette couche de colle permet la pose des fragments et/ou morceaux de bois auxquels une position locale précise peut ainsi être assignée. L'organisation de la position des fragments de bois et/ou autres matières peut découler du hasard ou être la reproduction d'un modèle. Dans un tel cas, il peut être envisagé de réaliser une projection lumineuse d'un masque préalablement exécuté, de manière que la mise au point du tracé lumineux projeté soit effectuée dans le plan supérieur devant être occupé par les fragments.De cette manière, une disposition relative précise peut être obtenue de façon simple et stable, étant donné que les fragments sont immobilisés par la colle portée par la nappe intermédiaire. Selon l'invention, on utilise, en tant que matière plastique, une matière thermo-durcissable à température ambiante et, dans cette famille, une résine époxy fluide à température ambiante et dont le processus de polymérisation intervient en présence d'un ou de plusieurs catalyseurs ou d'un ou plusieurs durcisseurs. Selon l'invention, le durcisseur est également choisi pour posséder un caractère le moins réactif possible à température ambiante. Une telle matière première est connue pour produire, lors de la phase de polymérisation, une réaction exothermique élevant sa température dans des conditions dépendant de la masse de matière plastique, de la conformation du volume qu'elle occupe et de la surface d'échange existant. Une telle élévation de température est, naturellement, appliquée aussi aux matières incluses. Cette température a pour effet de dilater Les gaz inclus à ces matières et de provoquer leur évacuation dans le milieu environnant constitué par la résine. Cette réaction exothermique est responsable de la présence de bulles incluses et de tensions internes, ainsi, d'ailleurs, que de l'absorption par les fibres du bois d'une partie au moins de la résine tachant ou altérant l'aspect esthétique des produits inclus. Afin d'éliminer cet inconvénient, l'invention préconise de mettre en oeuvre un système plastique incluant une résine liquide à température ambiante et susceptible de polymériser, également à température ambiante, des qu'elle est mise en présence de son ou de ses réactifs de polymérisation. Le système plastique le plus approprié selon l'invention, incluant de façon connue les adjuvants, tels que diluants, plastifiants, colorants, etc. doit avoir des caractéristiques propres et parmi celles-ci être : - de faible viscosité, par exemple entre 150 et 200 centipoises à 300 C, - d'une durée de vie en pot longue par exemple au moins égale à trente minutes après mélange des composants - peu irritant pour la peau et les voies respiratoires, - d'une composition apte à n'engendrer que peu de tension résiduelle après polymérisation, - d'un faible coefficient de retrait chimique par exemple de l'ordre de 1 X - dépendant d'une température de cristallisation la plus basse possible, par exemple de l'ordre de 0o C, - passible d'une température de recuit faible, par exemple comprise entre 60 et 700 C. Un tel système plastique, par exemple à base de résine époxy, peut présenter la composition suivante X en poids - Résine époxy (indice époxy 180 environ) ....... 64,3 - Durcisseur (isophoronediamine) ................ 15,6 - Diluant réactif (N RV1814, commercialisé par la Société EMS FRANCE) ........................ 10,4 - Plastifiant coloré 9 7 9,7 Préalablement au mélange, la résine est préchauffée jusqu a une température de 35 C, alors que tous les autres composants sont à température ambiante. Le mélange homogène de ces composants est effectué rapidement, à température ambiante, au moyen d'un agitateur, par exemple rotatif comportant une hélice triplace de 120 mm de diamètre, en prenant soin de ne pas créer de vortex responsable de l'incorporation de bulles. Un tel mélange est effectué pendant une durée voisine de 15 minutes entre 500 et 700 t/minute, pour une masse globale de composants proche de 80 kilogrammes. Ensuite, l'opération de coulée est effectuée pour verser le système plastique fluide, possédant une température de l'ordre de 30 C, dans le moule et enrober les fragments de bois ou autres matières qui sont entièrement submergés. Il apparaît nécessaire que le recouvrement des fragments atteigne une épaisseur au moins égale à 3 mm, cette épaisseur dépendant pratiquement du pourcentage d'air inclus et, par conséquence, de l'essence du bois.Cette opération de coulée est effectuée de manière à ne pas soumettre le système plastique à un choc thermique par contact avec le moule. il est avantageux de conférer au moule une température voisine de celle du mélange et, de préférence, légèrement inférieure, par exemple comprise entre 15 et 200 C. Après la coulée du système plastique fluide, une autre phase opératoi-re du procédé de l'invention consiste à placer l'ensemble 1 formé par le moule et son contenu, dans une enceinte 2 (fig. 1) où l'on établit un vide relatif pouvant être compris entre 0,4 et 0,8 bar. L'ensemble 1 est maintenu dans une telle enceinte 2 pendant une durée pouvant être comprise entre 10 et 20 minutes. Le séjour de l'ensemble 1 dans cette enceinte 2 est destiné à faire naître une phase de débullage favorisée par la dépression relative, c'est-à-dire d'extraction, des bulles incluses issues de fragments et/ou morceaux de bois. Les bulles formées et incluses à la résine montent alors naturellement à la surface du système plastique coulé où elles se concentrent en formant une sorte de couche de mousse. A titre d'exemple, pour la réalisation d'un panneau, à base de fragments de chêne, en proportion de 50 X par rapport au volume du moule, il est avantageux de submerger Les fragments d'une hauteur égale à 4 mm et de faire séjourner le moule 15 minutes dans une enceinte 2 ou règne une dépression de 0,8 bar. Après débullage, l'enceinte 2 est ramenée à la pression atmosphérique. Le système plastique est, de cette manière, forcé à pénétrer dans les pores superficiels des fragments. il en résulte une liaison intime, ainsi qu'un bon accrochage conférant des caractéristiques mécaniques bonnes à l'ensemble résine-fragments. Ensuite, la couche supérieure de mousse, due au débullage, est éliminée par brûlage ou par dépôt d'un agent tensio-actif, puis le moule est disposé dans une enceinte de polymérisation 3 comportant des moyens 4 de régulation de la température interne qui y règne, laquelle est maintenue initialement à 50 C. Dans cette enceinte, le moule et son contenu sont soumis à un refroidissement forcé, en vue de stabiliser la température de la matière plastique à environ 50 C. Cette phase, référencée I à la fig. 3, correspond à un blocage de la fonction de réticulation et à une homogénéisation de la température en-dessous d'un seuil apprécié comme un point de départ de la phase contrôlée de polymérisation devant être développée et un point situé juste au-dessus de la température de cristallisation. Lorsque la température de stabilisation est atteinte, on soumet le moule et son contenu à une montée progressive en température (II) en élevant la température dans l'enceinte 3 à 200 C en 30 minutes environ. Cette montée en température permet d'amorcer la réaction de polymérisation du système plastique. Ensuite, la température ambiante est descendue pendant une heure jusqu'à 140 C environ, puis stabilisée pendant 3 heures 30 minutes. Cette phase de stabilisation, désignée par la référence III à la fig. 3, permet au système d'atteindre un stade de réticulation en deux dimensions. En phase IV, l'enceinte est soumise à une nouvelle montée en température pour atteindre, par exemple en 3 heures, une température de 30 à 350 C, maintenue stable pendant environ 2 heures 30. Cette phase correspond à une seconde étape de polymérisation assurant une réticulation du système plastique dans les trois dimensions. Au terme de cette phase opératoire le moule et son contenu sont soumis à un recuit par chauffage progressif de la température ambiante de l'enceinte 3, pendant 1 heure et demie, jusqu'à atteindre environ 600 C qui sont imposés de façon stable au système plastique pendant 1 heure environ. La phase de recuit est désignée par la référence V. Finalement, le moule et son contenu sont refroidis progressivement dans l'enceinte 3, jusqu'à température ambiante, pendant au moins 5 heures. Le système plastique, incluant les fragments, peut alors être démoulé, pour fournir un produit massif apte à être usiné, en fonction de l'application visée. Les valeurs chiffrées données ci-dessus, plus particulièrement celles de temps, ne représentent pas des indications précises et absolues, car elles peuvent varier dans le même ordre de grandeur, en fonction de la masse relative du système plastique, de L'épaisseur du produit définitif à obtenir, de la forme volumique du moule et du pourcentage relatif résine fragments. Ces valeurs sont~particulierement appropriées pour un moule en tôle d'acier de 5 mm d'épaisseur de 250 sur 120 cm contenant une épaisseur de mélange voisine de 40 mm, composé de 50 % de résine et de 50 % de fragments de bois de chêne. Il convient de noter que le procédé fait intervenir une polymérisation en deux temps. La température appliquée au système plastique est, lors du premier temps, inférieure à celle de départ après la coulée du mélange initial et se trouve maintenue constante pour compenser la réaction d'exothermie. Il n'existe, par conséquent, aucun risque de développer dans la matière plastique des bulles incluses correspondant à une masse d'air résiduelle éventuelle ou à une gazéification des composants due à l'exothermie. La température appliquée lors de la seconde phase est supérieure à la première, mais ne risque pas non plus de faire naître l'apparition de bulles incluses, puisque l'air résiduel éventuel est alors rendu définitivement prisonnier des fragments de bois par la polymérisation partielle de la résine intervenue lors de la première phase. Le produit obtenu est un bloc monolithique de bois-résine exempt de bulles incluses, de défauts externes ou internes, de criques, de craquelures, etc... Un tel bloc peut, ensuite, être travaillé de toute façon convenable, en fonction de l'utilisation qui doit en être faite. Parmi les applications possibles, il convient de citer l'utilisation à titre de panneaux décoratifs. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS : 1 - Procédé de fabrication de produits décoratifs à usages multiples, à partir de fragments, notamment de bois, submergés dans de la résine confinée dans un moule, caractérisé en ce qu'il consiste, immédiatement après la coulée de la résine dans le moule, à - disposer le moule et son contenu dans une enceinte en dépression pour provoquer un débullage des inclusions gazeuses dégagées dans la résine, - ramener le moule et son contenu à la pression ambiante avant de le placer dans une enceinte de polymérisation à température contrôlée, - refroidir le moule et son contenu jusqu a une température stabilisée d'environ 50 C, - chauffer progressivement le moule et son contenu jusqu a une température permettant d'amorcer une polymérisation partielle de la résine, - refroidir, progressivement, le moule et son contenu jusqu'à atteindre et maintenir une température voisine de 14 C favorable à un premier stade de réticulation, - monter de nouveau le moule et son contenu jusqu a une température de l'ordre de 350 C permettant une seconde phase de réticulation, - surchauffer le moule et son contenu jusqu'à une température de recuit, - laisser refroidir jusqu'à température ambiante avant de démouler. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température de polymérisation partielle est créée en élevant la température ambiante pendant environ 30 minutes, puis en laissant redescendre la température sensiblement jusqu'à 140 C maintenus sensiblement constants. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température de polymérisation totale est voisine de 300 C. 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température de recuit est voisine de 600 C. 5 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on soumet le mélange bois-résine à une dépression comprise entre 0,4 et 0,8 bar. 6 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on dispose les fragments sur une nappe ou couche de matière intermédiaire rapportée sur le fond du moule. 7 - Produit constitué par une masse de résine époxy polymérisée et de fragments au moins de bois inclus, obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 6.