Brevet FR2940926A1 — publié le 20100716

i La présente invention concerne un bloc de bois usinable, en particulier pour la constitution d'un outillage, tel que matrice, poinçon ou moule, ledit bloc comprenant au moins une, de préférence une pluralité de, couche(s) à au moins une strate de panneau de contreplaqué rétifié, et un procédé de fabrication d'un tel bloc. On connaît déjà des blocs usinables réalisés à partir de bois ou de dérivé de bois qui permettent la fabrication de forme usinée utilisée comme modèle ou lo moule. Très récemment, il a été proposé la fabrication de bloc de bois usinable comprenant au moins une strate de panneau de contreplaqué rétifié dans la zone support dudit bloc. Le bloc obtenu présente une très bonne stabilité dimensionnelle, y compris à des températures supérieures à 100°C. Toutefois, la fabrication de certaines pièces nécessite une exigence accrue tant en termes 15 de stabilité dimensionnelle à la température, qu'en termes de résistance mécanique. Un but de la présente invention est donc de proposer un bloc de bois usinable dont la conception permet l'obtention d'un bloc de bois dont les performances 20 en termes de résistance mécanique et de stabilité dimensionnelle sont proches de celles qui seraient obtenues avec un bloc de carbone. Un autre but de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication d'un bloc du type précité dont la mise en oeuvre permet, à un coût raisonnable 25 et sans production de poussières d'usinage dangereuses pour la santé, l'obtention d'un bloc aux performances proches d'un bloc de carbone en termes de stabilité dimensionnelle à la température et de résistance mécanique. A cet effet, l'invention a pour objet un bloc de bois usinable, en particulier pour 30 la constitution d'un outillage, tel que matrice, poinçon ou moule, ledit bloc comprenant au moins une, de préférence une pluralité de, couche(s) à au moins une strate de panneau de contreplaqué rétifié, caractérisé en ce que ledit bloc comprend en outre au moins une couche composite composée au moins d'un liant de type résine et de fibres choisies dans le groupe formé par les fibres de verre, les fibres de carbone et les fibres de polyamide. II convient de rappeler en préalable que le terme "bois" doit être pris dans l'ensemble de la demande de brevet dans son acception la plus large et inclut à la fois les bois bruts et transformés, notamment les bois de menuiserie, de charpente, de placage et les dérivés de bois, tels que contreplaqué, panneau extrudé, panneau de fibres de bois, panneau de copeaux de bois, panneau latté... En conséquence, le terme "bloc de bois" désigne indifféremment les blocs formés de dérivés du bois et les blocs mixtes formés de bois et de dérivés du bois ou en d'autres termes de bois brut et de bois transformé. L'alliance couche composite - couche à au moins une strate de panneau de contreplaqué rétifié permet l'obtention d'un bloc de bois aux performances en termes de stabilité dimensionnelle à la température et de résistance mécanique proches d'un bloc de carbone sans les inconvénients d'un bloc de carbone en termes de poids, de coût et de difficulté d'usinage. De préférence, la, ou au moins l'une des, couche(s) composite(s) est disposée dans l'épaisseur dudit bloc. Le bloc de bois obtenu est ainsi renforcé à coeur. Généralement, la, ou au moins l'une des, couche(s) composite(s) est interposée entre deux couches à au moins une strate de panneau de contreplaqué rétifié. Selon un mode de réalisation de l'invention, la, ou au moins l'une des, couche(s) composite(s) forme au moins l'une des faces externes dudit bloc. La peau composite ainsi formée peut revêtir partiellement ou totalement au moins l'une des faces externes dudit bloc. Le liant entrant dans la composition d'au moins l'une des couches composites est un liant thermodurcissable choisi dans le groupe des composés formés par les résines époxy, polyester, polyuréthanne, phénolinique, vinylique, polyamide, ledit liant présentant une température de transition vitreuse au moins égale à 205°C. Dans le cas où le bloc est du type comprenant une zone à usiner, dite fonctionnelle, et une zone non destinée à être usinée, dite support, la zone support servant à la stabilité mécanique et dimensionnelle de la zone à usiner, ce bloc est caractérisé en ce que la zone support est formée d'au moins une io couche à au moins une strate de panneau de contreplaqué rétifié et une couche composite. De préférence, le bloc est formé exclusivement de couches à au moins une strate de panneau de contreplaqué rétifié et de couches composites. 15 L'invention a encore pour objet un procédé de fabrication d'un bloc du type précité, caractérisé en ce qu'il est comprend au moins : a) une étape de formation d'une couche à au moins une strate de panneau de contreplaqué rétifié, 20 b) une étape de revêtement de ladite couche par un liant de type résine, c) une étape d'application d'un tissu ou nappe de fibres choisis dans le groupe formé par les fibres de verre, les fibres de carbone, les fibres aramides, les fibres de bambous, les fibres de polyamides, d) la répétition si nécessaire des étapes a) et/ou b) et c) jusqu'à obtention de la 25 hauteur de bloc (1) désirée, e) une étape de passage en étuve du bloc réalisé. Dans un mode de mise en oeuvre préféré du procédé, lors de l'étape d'étuvage, on soumet ledit bloc à un premier étuvage à une première température pendant 30 une première période de temps, puis après usinage et éventuel traitement de surface dudit bloc, à un deuxième étuvage à une température adaptée à la demande. De préférence, le bloc est, pendant le deuxième étuvage, soumis à une température dite deuxième température supérieure à la première température pendant une deuxième période de temps généralement inférieure à la première période de temps. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, en référence à la figure unique qui représente une vue en perspective d'un bloc de bois usinable pour la constitution d'un outillage conforme à l'invention dans une configuration dans laquelle le bloc est formé exclusivement de couches à au moins une strate de panneau de contreplaqué rétifié et de couches 3 composites. i0 Le bloc 1 de bois, objet de l'invention, est donc plus particulièrement destiné à la réalisation d'un outillage. Ces outillages, tels que matrice, poinçon ou moule, sont utilisés pour la fabrication de pièces notamment dans le domaine de l'aéronautique. Ce bloc 1 présente une plage de température d'utilisation 15 prédéterminée fonction de l'outillage à réaliser. Cette plage de température peut être comprise entre 20 et 200°C. Comme mentionné ci-dessus, le bloc comprend au moins une couche 3 composite composée d'un liant de type résine et de fibres choisies dans le groupe formé par les fibres de verre, les fibres de carbone et les fibres de polyamide. 20 II doit être noté que l'on entend par rétification, l'opération qui consiste à réaliser un pontage chimique (liaison covalente) entre les chaînes macromoléculaires des constituants du bois. Cette rétification se réalise par voie thermique en atmosphère et à une température contrôlée pour une durée 25 de traitement limitée. Elle se caractérise en ce que le matériau obtenu conserve l'aspect et la structure du matériau d'origine, de couleur brune teintée dans la masse mais ne présente plus le caractère hydrophile du bois. Des exemples de procédé de rétification sont fournis à travers le brevet FR 2 604 942 et le brevet FR 2 609 927. Ainsi, la rétification consiste généralement en un 30 traitement thermique à une température comprise entre 160°C et 300°C pendant une durée comprise entre quelques dizaines de secondes et plusieurs heures. Pour la réalisation d'une strate de la couche 2 formée de panneaux de contreplaqué rétifié, on peut utiliser un seul panneau lorsque la dimension dudit panneau correspond à celle de l'une des faces du bloc. Généralement, toutefois, une strate de la couche de panneaux de contreplaqué rétifié est formée d'une pluralité de panneaux disposés côte à côte, lesdits panneaux de la strate étant assemblés soit par recouvrement des chants biseautés ou chanfreinés desdits panneaux, soit par liaison de type rainure/languette ou par toutes autres liaisons à emboîtement géométrique. Lesdits panneaux de la strate sont ensuite maintenus assemblés l'un à l'autre par un liant io thermodurcissable qui peut être de même nature que celui utilisé pour la couche composite. Lorsque la couche à au moins une strate de panneau(x) de contreplaqué rétifié est formée de plusieurs strates de panneau(x) de contreplaqué rétifié, on 15 réalise de préférence ladite couche sous forme d'un empilement dit isotrope de panneaux de contreplaqué obtenu par superposition desdits panneaux. Dans cet empilement, les fibres de bois des faces d'assemblage desdits panneaux d'une strate à une autre sont disposées sensiblement orthogonales d'une face à une autre. A nouveau cette disposition accroît la résistance mécanique de 20 l'ensemble et sa stabilité dimensionnelle à des températures élevées. Il doit être rappelé qu'un panneau de contreplaqué est en lui-même un ensemble isotrope. En effet un panneau de contreplaqué est constitué de fines feuilles de bois découpées dans le sens tangentiel par déroulage d'une bille de 25 bois ou par tranchage. Généralement un contreplaqué est constitué d'une feuille du milieu, plus épaisse et de bois souvent tendre, appelée l'âme. Cette feuille du milieu est encadrée par deux feuilles disposées perpendiculairement puis par deux autres 30 feuilles disposées perpendiculairement par rapport aux précédentes. Les cinq feuilles sont alors encollées et pressées pour donner une planche ou panneau de contreplaqué d'épaisseur régulière. Le panneau obtenu est remarquablement résistant. Ses propriétés mécaniques sont les mêmes dans 20 toutes les directions. On parle alors d'un panneau isotrope. Bien évidemment le nombre de feuilles, généralement impair, peut varier d'un panneau de contreplaqué à un autre. Sur cette base, divers modes de réalisation du bloc peuvent être envisagés. De préférence, ce bloc 1 comporte une zone à usiner, dite fonctionnelle, et une zone non destinée à être usinée, dite zone support, cette zone support servant à la stabilité mécanique et dimensionnelle de la zone à usiner. to Ces zones peuvent être réalisées sous forme de parties distinctes puis assemblées l'une à l'autre pour former le bloc 1. Dans ce cas, la zone fonctionnelle et la zone support sont préfabriquées avant assemblage à l'aide d'un liant thermodurcissable. L'intérêt d'une telle réalisation est de pouvoir, pour l'opérateur, choisir à volonté la conception de la zone fonctionnelle et la 15 conception de la zone support, obtenant ainsi un bloc modulaire. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, la zone à usiner et la zone non destinée à être usinée, qui sont disposées dans le prolongement l'une de l'autre à l'état superposé, sont réalisées lors d'une même étape de fabrication. Généralement, la, ou au moins l'une des, couche(s) 3 composite(s) du bloc est disposée dans l'épaisseur dudit bloc 1 et est de préférence interposée entre deux couches 2 à au moins une strate de panneau(x) de contreplaqué rétifié comme l'illustre la figure unique. 25 De préférence, encore, couche composite et couche à au moins une strate de contreplaqué rétifié sont disposées en alternance et forment au moins la zone support dudit bloc. Bien évidemment, d'autres couches d'éléments à base de bois peuvent également intervenir dans la fabrication du bloc. Ainsi, au moins 30 l'une des couches du bloc peut être formée d'une couche de tasseaux, disposés sensiblement parallèles entre eux, et écartés d'une distance voisine soit, de l'épaisseur de la ou de l'une des couches de panneau(x) contreplaqué(s) qu'ils jouxtent, soit, de l'épaisseur d'un tasseau. Au moins l'une des couches du bloc peut encore être formée d'au moins une couche de planches de bois rétifié, assemblées à l'aide d'un liant thermodurcissable, lesdites planches d'une couche, parallèles entre elles, étant disposées soit à plat, et assemblées par leur chant, soit sur chant et assemblées par leur face avec une direction des fibres de bois, de préférence sensiblement orthogonale à la direction des fibres de la ou des couches qu'elles jouxtent. Dans l'exemple représenté à la figure unique, le bloc 1 de bois est formé exclusivement de couches 2 à au moins une strate de panneau(x) de io contreplaqué rétifié et de couches 3 composites. La couche supérieure du bloc peut indifféremment être formée d'une couche composite ou d'une couche à au moins une strate de panneau de contreplaqué rétifié. Dans l'exemple représenté, la dernière couche est une couche composite qui ne recouvre que partiellement la face externe dudit bloc de sorte que les zones restées 15 apparentes sont constituées par l'une des couches à au moins une strate de panneau(x) de contreplaqué rétifié. Pour obtenir un tel bloc, on procède comme suit. Dans une première étape, on forme une couche à au moins une strate de panneau(x) de contreplaqué rétifié, 20 cette couche pouvant être formée, comme mentionné ci-dessus, à partir d'un ou plusieurs panneaux de contreplaqué rétifié et à partir d'une ou plusieurs strates desdits panneaux. Cette couche est généralement formée sur un support plan. Cette étape de formation de la couche est suivie d'une étape de revêtement de ladite couche par un liant de type résine. Dans l'exemple 25 représenté, le liant est une résine époxy ref 2090/2026 (axson). Cette étape de revêtement est suivie d'une étape d'application d'un tissu ou nappe de fibres choisies dans le groupe formé par les fibres de verre, les fibres de carbone, les fibres de bambous, les fibres de polyamide, telles que le Nylon 30 (marque déposée), les fibres aramides, telles que le Kevlar (marque déposée). A titre d'exemple, on peut utiliser un tissu fabriqué par des sociétés telles que HEXCEL, A.G.C. par exemple et distribués par des sociétés telles que D.I.L., Composite industrie, Sicomin, Axson. On répète si nécessaire les étapes a) et/ou b) et c) jusqu'à obtention de la hauteur de bloc 1 désirée. On procède ensuite à une étape d'étuvage du bloc. Dans l'exemple représenté, lors de l'étape d'étuvage, on place le bloc en étuve pendant 24 heures à une température de 45°C puis pendant 20 heures à une température augmentant par paliers jusqu'à obtenir une température de 180°C. Le bloc obtenu est particulièrement performant en termes de stabilité dimensionnelle à la température et de résistance mécanique. io REVENDICATIONS1. Bloc (1) de bois usinable, en particulier pour la constitution d'un outillage, tel que matrice, poinçon ou moule, ledit bloc (1) comprenant au moins une, de préférence une pluralité de, couche(s) (2) à au moins une strate de panneau(x) de contreplaqué rétifié, caractérisé en ce que ledit bloc (1) comprend en outre au moins une couche (3) composite composée au moins d'un liant de type résine et de fibres choisies dans le groupe formé par les fibres de verre, les fibres de carbone, les fibres de io polyamide, les fibres aramides et les fibres de bambous. 2. Bloc (1) usinable selon la revendication 1, caractérisé en ce que la, ou au moins l'une des, couche(s) (3) composite(s) est disposée dans l'épaisseur dudit bloc (1). 3. Bloc (1) usinable selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la, ou au moins l'une des, couche(s) (3) composite(s) forme au moins l'une des faces externes dudit bloc (1). 20 4. Bloc (1) usinable selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la, ou au moins l'une des, couche(s) (3) composite(s) est interposée entre deux couches (2) à au moins une strate de panneau(x) de contreplaqué rétifié. 25 5. Bloc (1) usinable selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le liant entrant dans la composition d'au moins l'une des couches (3) composites est un liant thermodurcissable choisi dans le groupe des composés formés par les résines époxy, polyester, polyuréthanne, phénolinique, vinylique, polyamide, ledit liant présentant une température de 30 transition vitreuse au moins égale à 205°C. 6. Bloc (1) usinable selon l'une des revendications 1 à 5 du type comprenant une zone à usiner, dite fonctionnelle, et une zone non destinée à être usinée, 9 15 5i0 dite support, la zone support servant à la stabilité mécanique et dimensionnelle de la zone à usiner, caractérisé en ce que la zone support est formée d'au moins une couche à au moins une strate de panneau de contreplaqué rétifié et une couche composite. 7. Bloc (1) usinable selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est formé exclusivement de couches (2) à au moins une strate de panneau de contreplaqué rétifié et de couches (3) composites. io 8. Procédé de fabrication d'un bloc (1) conforme à l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend au moins : a) une étape de formation d'une couche (2) à au moins une strate de panneau de contreplaqué rétifié, 15 b) une étape de revêtement de ladite couche (2) par un liant de type résine, c) une étape d'application d'un tissu ou nappe de fibres choisies dans le groupe formé par les fibres de verre, les fibres de carbone, les fibres aramides, les fibres de bambous, les fibres de polyamide, d) la répétition si nécessaire des étapes a) et/ou b) et c) jusqu'à obtention de la 20 hauteur de bloc (1) désirée, e) une étape de passage en étuve du bloc réalisé. 9. Procédé de fabrication selon la revendication 8, caractérisé en ce que, lors de l'étape d'étuvage, on soumet ledit bloc (1) à une 25 première température pendant une première période de temps, puis à une deuxième température supérieure à la première température pendant une deuxième période de temps. 10. Procédé de fabrication selon la revendication 9, 30 caractérisé en ce que la deuxième période de temps est inférieure à la première période de temps.