Brevet FR2680334A1 — publié le 19930219

i PROCEDE DE FABRICATION DE TUYAUX CYLINDRIQUES A BASE DE PLACAGES DE BOIS, ET PRODUIT EN RESULTANT La présente invention concerne un procédé de fabrication de tuyaux cylindriques à base de placages de bois. Dans l'état actuel de la technique, par pressage autour d'un mandrin cylindrique à l'aide de deux moules semi- cylindriques, on relie l'un à l'autre par leurs bordures longitudinales deux empilages de placages encollés pour ne plus former qu'un seul cylindre. Par exemple, un procédé actuellement utilisé aux Etats-Unis d'Amérique consiste à empiler plusieurs placages encollés fil sur fil, c'est-à-dire avec leur fil du bois respectif parallèle à celui des autres, et de telle sorte que ce sens du fil soit parallèle à l'axe du mandrin central Ce double parallélisme, d'une part des fils entre eux, d'autre part des fils avec l'axe central, est nécessaire pour permettre une souplesse suffisante pour le formage Les deux moules semi-cylindriques chauffants sont rapprochés et viennent resserrer les deux ensembles d'empilage autour du mandrin central: au début le formage se fait à froid, avant que les calories en provenance des moules n'aient fait durcir la colle, puis le durcissement se fait alors que l'ensemble ne forme plus qu'un seul cylindre Les deux ensembles d'empilage ont été réalisés en dimension telle que la somme de leurs deux largeurs est égale ou légèrement supérieure à la circonférence du mandrin central Le jointade des bordures parallèles à l'axe se faisant alors soit par simple accostage, soit par recouvrement. Le cylindre ainsi obtenu, après ouverture des deux demi-moules et dégagement de sur le mandrin central, possède une grande résistance à la flexion qui fait travailler les fibres parallèlement à leur fil, c'est-àdire en élongation o la valeur est maximale, mais une faible résistance à la traction qui fait travailler les fibres perpendiculairement à leur fil, c'est-à-dire en arrachement o la valeur est minimale En particulier, les cylindres ainsi réalisés résistent mal à des pressions internes en cours d'usage. Le procédé selon l'invention permet, entre autres avantages, de remédier à cet inconvénient En effet, il est constitué de deux phases et met à profit les caractéristiques d'anisotropie du bois. 5 Lors de la première phase, on fabrique dans une presse à plat, donc d'une manière classique, un contreplaqué multipli à "n" plis composé d'une façon non-classique car selon un empilage totalement asymétrique C'est-à-dire que, contrairement à la composition habituelle d'un multipli o10 les placages sont symétriques entre eux par rapport au plan médian de l'ensemble, les placages sont ici totalement asymétriques entre eux Dans le multipli symétrique à "n'y plis, les placages disposés de part et d'autre du plan médian le sont en effet de telle sorte d'une part qu'ils soient15 simultanément de même qualité de bois, de même épaisseur et de direction de leur fil parallèle entre eux et d'autre part que leur direction de fil respectif soit perpendiculaire à celui du ou des deux autres placages directement adjacent(s). Il y aura donc, dans le cas o "n" est pair, n/2 placages avec le fil de la fibre du bois parallèle à un axe et n/2 placages avec le fil de la fibre du bois perpendiculaire à cet axe et, dans le cas o "n" est impair, N + 1 placages 2 avec le fil de la fibre du bois parallèle à un axe et N 1 2 placages avec le fil de la fibre du bois perpendiculaire à cet axe b Dans le multipli asymétrique à "n" plis objet de cette invention, les placages après encollage sont empilés de telle sorte que: lorsque le nombre "n" de placages est pair, il y ait au moins N + 2 et au plus N 1 d'entre eux dont la 2 direction du fil de la fibre du bois est parallèle à l'axe du cylindre final souhaité. lorsque le nombre "n" de placages est impair, il y ait au moins N + 1 et au plus N 1 d'entre eux dont la direction du fil de la fibre du bois est parallèle à l'axe du cylindre final souhaité. les épaisseurs et les qualités de bois respectifs de chacun des placages ne sont pas obligatoirement identiques deux par deux et peuvent être même volontairement différents. de préférence,les placages qui ont une direction du fil parallèle à l'axe du cylindre final souhaité sont adjacents. L'expérience montre en effet que le bois est un matériau d'anisotropie élevée qui présente par exemple la caractéristique de posséder un coefficient de retrait faible d'environ 0,30 % dans le sens longitudinal parallèle aux fibres et un coefficient élevé d'environ 7 % dans le sens transversal perpendiculaire aux fibres Elle montre aussi que ces contraintes internes du bois sont directement proportionnelles d'une part à la densité de l'essence de bois concernée et d'autre part à l'épaisseur du placage utilisé. Ceci signifie en pratique et par exemple, que, à la sortie de la presse: lorsque le multipli asymétrique est constitué de placages de même essence, de même zone dans l'arbre d'origine et de même épaisseur, c'est-à-dire de même qualité (à l'abstraction près des hétérogénéités locales des divers placages mis en oeuvre), le parallélépipède plan que constituent les placages collés entre eux subit une déformation en tuile par une tendance à former un cylindre dont l'axe principal est parallèle à la direction du fil des placages dont le nombre est compris entre N + 2 et N 1 lorsque 'ln" est pair et entre N + 1 et N -1 lorsque "n" est impair, c'est-à-dire dont le nombre est le plus élevé. lorsque toute chose est égale par ailleurs, cette tendance est accentuée ou atténuée selon que, dans l'empilage de placages considérés, l'épaisseur ou la densité de l'essence d'un ou plusieurs d'entre eux sont modifiées dans un sens ou dans l'autre. Dans une variante du procédé, un feuil synthétique quelconque comme par exemple un papier imprégné de résine formo-phénolique peut être ajouté à la composition de l'empilage soit du côté destiné à devenir la concavité de la tuile, soit de l'autre o il constituera une peau étanche et dure en ayant participé, si la direction de sa propre fibre constitutive a été bien mise en oeuvre, à la déformation en tuile souhaitée. Les dimensions des placages mis en oeuvre auront été choisies de façon à ce que la largeur "L' du panneau plan ainsi fabriqué soit égale au développé du cylindre désiré. Cette largeur "IL" devra donc être égale à la valeur "D" du diamètre final que multiplie le nombre "l T", soit L = 3,1416 x D. Lors de la seconde phase, il suffit de placer le cylindre ouvert obtenu dans une presse d'assemblage Cette presse d'assemblage est constituée d'un mandrin intérieur chauffant simple qui n'a pas besoin d'être cylindrique mais peut-être seulement plat avec deux extrémités réactives et un mandrin extérieur chauffant dont la condition nécessaire et suffisante pour être efficace est d'être un arc de cercle de diamètre égal à celui du cylindre à fabriquer: ce mandrin extérieur sera assorti d'une cale éventuellement chauffante de courbure égale placée symétriquement à l'extrémité diamétralement opposée de la presse Il suffira en effet de rapprocher les deux mandrins extérieurs pour que les deux bordures des contreplaqués parallèles à l'axe longitudinal de la tuile, guidées par le mandrin chauffant de courbure adéquate, soient rapprochées et viennent se souder l'une à l'autre pendant que l'ensemble prend naturellement une forme parfaitement cylindrique aidé en cela par l'action simultanée de la cale opposée On aura pris soin de placer au niveau du mandrin courbe chauffant, parallèlement à la génératrice du cylindre final, à l'intérieur ou à l'extérieur,soit un ou plusieurs placage(s) encollé(s) de longueur égale à celle du dit cylindre final soit une pièce en forme encollée; un35 second placage identique pourra être placé aussi à 1 ' extérieur ou à l'intérieur si l'usage final du cylindre ne s'y oppose pas Le pressage à chaud ainsi réalisé permet d'obtenir une fermeture définitive du cylindre souhaité Afin que ce cylindre soit équilibré, on pourra coller, du côté diamétralement opposé, à l'aide de la cale qui s'y trouve à cet effet, à l'intérieur ou l'extérieur un assemblage identique au(x) précédent(s). On obtient ainsi un cylindre qui a l'avantage, tout en ayant une résistance suffisante en flexion grâce au(x) placage(s) dont la direction du fil est parallèle à l'axe principal, de posséder une résistance en traction élevée grâce au(x) placage(s) dont la direction du fil perpendiculaire à l'axe du cylindre est telle qu'une pression intérieure en fera travailler la fibre en élongation, c'est-a dire avec des valeurs de résistance maximale. Dans une variante du procédé, on peut utiliser la cale chauffante placée du côté diamétralement opposé au premier mandrin extérieur, non pour coller un équilibrage, mais pour associer entre eux deux multiplis asymétriques déformés en tuiles Ceci présente l'intérêt, lorsque l'on est limité en largeur de presse à plat, de pouvoir fabriquer des cylindres de plus grand diamètre Par exemple si la presse à plat a une largeur de 1500 mm on ne peut réaliser que des cylindres dont le diamètre maximal est égal à 1500 mm/3,1416, donc un peu moins de 50 centimètres; par contre, si on peut associer deux multiplis, on peut réaliser dans ce cas des cylindres de diamètre maximal de 2 x 1500, soit environ 3,1416 1 mètre. Les dessins annexés permettent de mieux comprendre l'invention: La Figure 1 représente la première phase de fabrication, c'est-à-dire celle du multipli asymétrique plan. La Figure 2 représente, en coupe, la seconde phase de fabrication, c'està-dire celle du cylindre lui-même dans une presse d'assemblage spécialement conçue à cet usage. La Figure 3 représente, en coupe, une variante du procédé. En référence à la Figure 1, on associe des placages de bois encollés ( 1) dont la direction du fil du bois est parallèle à leur plus grande dimension dans le plan, à un moins grand nombre de placages encollés ( 2) dont la direction du fil est perpendiculaire à celui des deux précédents Selon une variante, on pourra simultanément associer un papier imprégné de résine synthétique ( 3) dont la direction de la fibre, si elle est connue, sera préférentiellement placée parallèlement à celle de la fibre des placages ( 1). L'ensemble est placé dans une presse chaude à plat, à une pression suffisante et le temps nécessaire pour que les résines soient bien polymérisées A l'ouverture de la presse plate, le parallélépipède plan obtenu est sorti et placé dans l'atmosphère ambiante Les variations de température et d'humidité, et, d'une manière générale, la libération des contraintes internes consécutives à l'asymétrie de sa constitution et à la grande différence de tendance aux variations dimensionnelles ainsi provoquée entre les deux axes de son plan provoquent la déformation naturelle du parallélépipède en une tuile ( 4) La déformation sera encore plus prononcée si les épaisseurs et/ou densités de certains des placages ( 1) sont supérieures à celles des placages ( 2). En référence à la figure 2, on place la tuile ( 4) dans une presse d'assemblage de telle sorte que la partie ouverte de la tuile ( 4) se présente en face du mandrin extérieur chauffant ( 5) qui est en forme d'arc de cercle dont le rayon de courbure est égal à la moitié du diamètre du cylindre final désiré. Un ou plusieurs placage(s) encollé(s) ou une pièce en forme encollée ( 6), éventuellement doublé(s} d'un papier imprégné identique au précédent, sont placé(s) le long du mandrin ( 5) préférentiellement avec la direction de ses fibres perpendiculaire à l'axe du cylindre Une cale ( 7) de courbure égale est située symétriquement, c'est-à-dire à l'extrémité diamétralement opposée de la presse. Un mandrin intérieur ( 8), de dimension au plus égale à la valeur du diamètre final souhaité, est conçu de telle façon qu'il puisse réagir face aux pressions des mandrins extérieurs ( 5) et ( 7). Lorsque l'on ferme la presse, l'action du mandrin courbe ( 5) provoque naturellement la fermeture du multipli ( 4) selon un cylindre parfait de diamètre égal à la valeur du rapport de sa largeur divisée par le nombre T = 3,1416; l'ensemble étant maintenu par le mandrin ( 7) La pression obtenue par le contact entre le mandrin ( 5) et le mandrin ( 8) et la température correspondante sont maintenues le temps nécessaire à la polymérisation de l'encollage de l'assemblage ( 6): celui-ci provoque le scellement du multipli refermé sous presse. A l'ouverture de la presse, on dégage un tuyau parfaitement cylindrique. Si l'on souhaite que le cylindre soit équilibré autour de son axe principal, on place au début des opérations un second assemblage ( 9) identique et en position diamétralement opposée à l'assemblage ( 6). Dans une variante du procédé, et en référence à la Figure 3, on peut placer, non plus un seul multipli tuilé, mais deux multiplis tuilés, de largeurs égales et telles que leur somme soit elle-même, égale au développé du cylindre final souhaité Leurs bords seront soudés à l'aide d'un assemblage ( 9). A titre de premier exemple non-limitatif et en référence à la Figure 2, on fabrique un cylindre de longueur 2500 mm, de diamètre 400 mm et d'épaisseur de paroi de 3,3 mm à surface intérieure stratifiée formophénolique Dans ce but, on réalise dans une presse plate ayant des plateaux d'un peu plus de 2500 mm de long sur 1300 mm de large un panneau multipli asymétrique avec deux placages ( 1) et un placage ( 2) de 1,15 mm d'épaisseur chacun, 2500 mm de long et 1256 mm de large et une feuille de papier imprégné phénolique ( 3) d'un grammage au m 2 adapté au besoin et de dimensions dans le plan de 2500 mm et 1256 mm La réalisation du cylindre sera effectuée dans la presse spéciale par l'intermédiaire d'un mandrin ( 5) de rayon de courbure égal à 200 mm à l'aide d'un assemblage ( 6) de jointage de 2500 mm de long ayant une épaisseur et une largeur adaptées au besoin, associé à une feuille de papier imprégné de mêmes dimensions dans le plan. Un assemblage ( 9) identique à l'assemblage ( 6) sera préférentiellement mis en oeuvre. A titre de second exemple non-limitatif et en référence à la Figure 3, on fabrique un cylindre de longueur 2500 mm, de diamètre 900 mm et d'épaisseur de paroi 3,3 mm à surface extérieure stratifiée formophénolique Dans ce but, on réalise dans la presse plate possédant des plateaux d'un peu plus de 2500 mm de long et 1300 mm de large deux panneaux multiplis asymétriques à 5 plis avec deux placages ( 2) et trois placages ( 1) de 1,15 mm d'épaisseur chacun ainsi que 2500 mm de long et 1413 mm de large Ces deux multiplis seront ensuite assemblés dans la presse spéciale à l'aide des assemblages ( 6) et ( 9) de jointage adapté. Le procédé selon l'invention permet de fabriquer des tuyaux cylindriques utilisables dans différentes applications comme: coffrage perdu de cylindres creux, coffrage perdu ou restant en place et participant à la décoration de piliers pleins, mandrin de bobines, par exemple bobines à papier, coeur de touret pour enroulage de câble, fil, etc, gaine d'aération, tuyauterie de transport de fluides (grains, poudres diverses, etc). REVENDICATIONS 1/ Procédé de fabrication de tuyaux cylindriques à base de placages de bois, caractérisé en ce que dans une première phase on réalise dans une presse chauffante à plat un ou deux multipli(s) asymétriques(s) pouvant comporter sur une ou deux faces un ou plusieurs feuils imprégnés de résine synthétique, comportant un nombre l'ni de placages préalablement encollés et empilés croisés de telle sorte que, lorsque "n" est pair il y ait au moins N + 2 et au plus N 1 2 placages ( 1) dont la direction du fil de la fibre de bois est parallèle à l'axe du cylindre final tout en étant de préférence adjacents l'un à l'autre et lorsque "n" est impair il y en ait au moins N + 1 et au plus N 1, que ce multipli 2 se déforme en tuile ( 4) à la sortie de presse et que dans une seconde phase on place cette ou ces deux tuile(s) ( 4) dans une presse d'assemblage permettant, grâce à un mandrin extérieur chauffant ( 5), un mandrin intérieur chauffant ( 8) et une cale ( 7) chauffante, d'amener la ou les deux tuile(s) à une forme de cylindre parfait et de bloquer celui-ci grâce à un ou deux assemblage(s) ( 6) et ( 9) constitué(s) soit de un ou plusieurs placages encollés soit d'une pièce en forme encollée et disposé(s) à l'intérieur ou à l'extérieur. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les mandrins extérieurs chauffants ( 5) et ( 7) sont en forme d'arc de cercle de diamètre égal à celui du cylindre à fabriquer. 3/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mandrin intérieur chauffant ( 8) a une longueur égale au diamètre intérieur du cylindre final souhaité et deux extrémités convexes arrondies en arc de cercle de diamètre inférieur et au plus égal à celui des cylindres à fabriquer. 4/ Procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le multipli asymétrique réalisé dans la première phase a sa largeur, ou plus petite dimension dans le plan, égale au développement du cylindre final souhaité. / Procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les deux multiplis asymétriques réalisés dans la première phase ont leur largeur, ou plus petite dimension dans le plan, égale chacune à la moitié du développé du cylindre final souhaité. 6/ Procédé selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que tout ou partie des placages ( 1) ont une épaisseur supérieure à celle des placages ( 2). 7/ Procédé selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que tout ou partie des placages ( 1) sont d'essence(s) de densité supérieure à celle(s) des placages ( 2). 8/ Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le ou les feuils imprégnés de résine synthétique sont situés sur la surface interne du cylindre. 9/ Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le ou les feuils imprégnés de résine synthétique sont situés sur la surface externe du cylindre. / Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que un ou les feuils imprégnés de résine synthétique sont situés sur les deux surfaces interne et externe du cylindre. 11/ Tuyau cylindrique fabriqué selon l'une des revendications 1 à 10.