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PERFECTIONNEMENTS A LA FABRICATION DE PANNEAUX POUR PAROIS ET ANALOGUES.
La présente invention est relative à la fabrication de panneaux pour parois et analogues, ou de matériaux de recouvrement de surfaces, à par- tir de matériau cellulosique en particules fines mélangées à un liant de ré- sine synthétique thermodurcissable., sous forme de nappe continue comme il en est produit en faisant passer une masse, dite ci-après pelote, de la composi- tion chauffée entre des bandes métalliques, à travers une presse à fonction- nement continu, telle qu'une presse "à chenille".
Par ce terme de '?matériau cellulosique en particules fines! on entend des matières telles que de la sciure de bois, comprenant aussi bien du liège., de l'écorce, du coton., du lin, du lin en paille,, du chanvre, du ro- seau, de la bagasse et des telettes, en poudre, ou sous forme granulaire ou sous forme de petits copeaux, fibres ou filaments, et il en sera question ci- après sous le terme général de sciure.
La presse "à chenille" dont il est question ci-avant est une pres- se comprenant une paire de trains opposés de platines appliquant la pression, qui s'exercent sur des bandes métalliques sans fin entre lesquelles la pelo- te est compriméeo
Diverses propositions ont été faites, qui se rapportent à ce genre de fabrication, mais jusqu'à présent elles n'ont eu que peu de succès.
La fabrication entraîne plusieurs problèmes dont on peut mentionner parmi d'autres la difficulté d'assurer un produit de densité partout uniforme, la nécessite d'éviter des cloques de la surface ou la distorsion ou le voile- ment du produit fini, dus à l'absorption d'humidité pendant qu'il est exposé aux conditions atmosphériques normales.
Dans le but d'assurer la fabrication d'un produit du calibre et de la densité voulus;, on a proposé d'employer de fortes pressions par exem- ple supérieures à 1000 livres par pouce carré; il faut aussi de fortes pres- sions avec les résines proposées jusqu'à présent parce que le travail qu'en- traîne la réduction de la pelote à l'épaisseur et à la densité voulues est
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augmenté parce que la cuisson de la résine la fait durcir avant que le cali- bre du produit ait été atteint. Ces fortes pressions créent des frottements considérables et imposent une telle fatigue et dégradation aux paliers de la machine ou aux autres moyens employés pour diminuer le frottement dans la presse, qu'ils ne seront pas en état de faire face à leur tâche pour des durées commercialement pratiqués.
La formation de cloques peut être amenée à se produire du fait de l'échappement ou de la dilatation d'air occlus et d'humidité lorsqu'on relâche la forte pression, et si le produit final est trop sec il devient hygroscopique et est sujet à la distorsion.
La présente invention a pour objet de procurer un procédé de fabrication ou de traitement basé sur des principes prévus pour résoudre les problèmes précités,et de le rendre pratique par une opération de pression continue à pressions relativement faibles (ne dépassant pas 800 livres par pouce carré et de préférence considérablement inférieures) pour produire des panneaux de parois et analogues qui soient du calibre voulu et possèdent une densité partout uniforme, et qui soient exempts de cloques et dans une large mesure non hygroscopiques.
On a trouvé expérimentalement que la sciure atteint sa compres- sibilité maxima pour une densité donnée à des pressions minima lorsqu'elle est comprimée à une température de 95 centigrades et lorsque la matériau possède une teneur en humidité appropriée.
Pour illustrer la condition optima telle qu'appliquée à la sciu- re, on a fait les essais suivants diverses pelotes échantillons de la même sciure mais contenant des proportions variables d'humidité étaient rendus compactes (compressées) à diverses pressions et températures., la pelote ayant une épaisseur initiale de 1'64' dans chaque cas.
Sur les dessins ci-annexés, les figures 1 et 2 montrent des gra- phiques représentant les résultats des expériences de "compactibilité" ou compressibilité faites sur de la sciure de bois sèche et humide à diverses températures, l'épaisseur de la planche compressée en résultant étant prise comme mesure de la compressibilité de la sciure de bois.
Sur le graphique montré à la figure 1, l'épaisseur T (en pouces) résultant de l'application de diverses pressions (en livres par pouce carré pSi) a été reportée pour diverses valeurs de la température de la sciure de bois en cours de compression. Par exemple (courbe 1) de la sciure à 7 % d'hu- midité soumise à une compression de 200 livres par pouce carré fournit une planche de 0,764 pouce d'épaisseur si elle est compressée à 23 centigrade.
Le même échantillon compressé à la même pression à 75 centigrade donne une planche de 0,66 pouce d'épaisseuret pour une compression à 95 centigra- de, une planche de 0,60 pouce. Par suite, la compressibilité à 23 centigra- de augmentait considérablement en compressant à la même pression mais à plus hautes températures. Cependant, en appliquant la même pression 120 et 145 centigrade une planche de 0,68 pouce et 0,69 pouce, respectivement, était obtenue, montrant que la résistance à la compression s'est élevée au dessous du point le plus bas qui s'est révélé être atteint à 95 centigrade.
Le même tableau de résultats a été obtenu avec des pressions partant de 150 livres par pouce carré (courbe 2), 300 livres par pouce car- ré (courbe 3) et 500 livres par pouce carré (courbe 4) appliquées entre 20 et 145 centigrade.
Les mêmes essais ont été répétés alors avec de la sciure présé- chée avec une teneur en humidité pratiquement nulle. On a trouvé qu'avec de la sciure complètement sèche compressée à 200 livres par pouce carré et à 500 livres par pouce carré, l'augmentation des températures de compression avait un effet sur la compressibilité de la sciure de bois, d'un genre sen- siblement différentecomme illustré au graphique. Que ceci soit dû à l'absen- ce de vapeur agissant comme lubrifiant ou à la rigidité plus grande de la sciu- re de bois sèche ou à ces deux causes, est affaire de spéculation et n'a pas
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d'influence sur le résultat pratique.
Sur le graphique montré à la figure 2, la résistance à la com- pression, exprimée de nouveau par l'épaisseur finale (T pouces) de la plan- che est reportée pour les pressions (en livres par pouce carré,, psi) appli- quées avec la température comme paramètre. Ce graphique montre le fait bien connu de la diminution de l'épaisseur de la planche résultante;, lorsqu'aug- mente la pression, mais il révèle aussi clairement le fait précédemment non connu qu'avec une sciure convenablement humidifée il y a une température op- tima à environ 95 centigrade., pour laquelle., pour toute pression appliquée, on obtient la compression maxima.
La température de 95 centigrade,, comme on le verra, est une tem- pérature critique pour laquelle la compressibilité est optima, mais des ré- sultats pratiquement utilisables sont obtenus entre 90 et 100 centigrade.
Des granules de liège et d'autres matières dont il est question plus haut, qui ont, en raison de leur structure particulière, une compressi- bilité quelque peu différente de celle de la sciure de bois, montrent néan- moins, lorsqu'ils sont dans un état d'humidité convenable., le même genre d'ac- croissement de la compressibilité jusqu'à une température critique de l'ordre de 95 centigrade.
Les résultats de compressibilité donnés ci-dessus se maintiennent également bons pour des matières cellulosiques spécifiées lorsqu'elles sont liées par une résine thermodurcissable sous forme de poudre pourvu qu'on ait choisi une résine qui possède une fluidité temporairement élevée ou maxima à la température de compression., permettant la lubrification et le libre écou- lement des particules pour leur permettre d'occuper les vides existant entre les particules avant compressions ou, en d'autres termes, il faut employer une résine pour laquelle la cuisson ne produit pas un durcissement important pendant la compression de la pelote au calibre désiré.
D'autres expériences ont montré qu'il est important que la teneur en humidité de la sciure soit contrôlée pendant le processus. Un matériau brut tel que de la sciure de bois peut contenir jusqu'à environ 25 d'humi- dite. Si, pendant le processus de fabrication la sciure est exposée à une température élevée, l'eau s'évaporera. Le taux d'évaporation et la quantité totale d'eau perdue dépendront de la température,du temps pendant lequel la sciure ou la planche est exposée à cette température, du degré de satura- tion de l'atmosphère)) et de la pression existant pour la température élevée.
Tant que la vapeur peut s'échapper librement, la température,le degré de saturation et le temps seuls déterminent l'humidité perdue.
Dans la fabrication de panneaux de parois ou analogues dans une presse du genre indiqué, la pelote avec son liant résineux, après passage dans la zone de compression ou de mise à l'état compact entre dans la zone de maintien où se fait la cuisson. Le libre. échappement de vapeur hors de la pelote compressée est réduit à la fois par l'effet de contention des ban- des métalliques et des couvercles de la presseet par le scellement c'est- à-dire la fermeture des pores extérieurs) de la surface de la pelote compri- mee, par la cuisson du liant résineux. Le scellement de la surface sans ap- plication de pression extérieure amènera la formation de cloques ou bulles à l'intérieur de la planche, et le décollement des nappes de fibre.
L'appli- cation de la pression élèvera la température d'évaporation de telle sorte que., par exemple à une température de 120 centigrade de la planche, le point d'ébullition ne sera pas atteint si la pression de contention dépasse 30 livres par pouce carré. Si, cependant., dans ce cas., laplanche cuite à 120 centigrade était subitement libérée de la pression au sortir de la presse, une évaporation subite aurait probablement lieu en son intérieur et conduirait à la formation de cloques ou même à 1'éclatement de la plan- che.
On dira en outre que la fabrication de planches ou panneaux, soit à partir de matériau presque sec,ou dans des conditions où une évapo- ration presque complète a lieu pendant le processus)) conduira à un produit qui nécessite une rehumidification, en vue d'établir l'équilibre hygrométri-
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que entre 19 atmosphère et la planeheo Il y a, indépendamment du degré de sa- turation de 1?atmosphère, un processus continuellement réversible d'absorp- tion et d'évaporation d'eau qui se produit dans une planche et la teneur en humidité hygroscopique d'une planche en équilibre avec l'atmosphère dans des climats tempérés est d'environ 8 %. Une planche qui est soit complètement sèche, soit qui a perdu la majeure partie de son humidité en cours de fabri- cation;
, absorbera par conséquent avidement l'humidité, et la rehumidification serait nécessaire dans des conditions soigneusement contrôlées, dans des étuves d'humidification,\! autrement, de l'absorption d'humidité se produirait de manière non uniforme et conduirait au voilement.
L'invention basée sur les prescriptions précédentes, consiste en un procédé de fabrication de panneaux de parois et analogues à partir d'une pelote préchauffées voyageant continuellement, de sciure en fines par- ticules mélangée à de la résine thermodurcissable en poudre, en soumettant ce mélange d'abord au traitement pour le rendre compact (compression) dans une zone de compression entre des bandes métalliques sans fin., pour réduire la pelote au calibre et à la densité désirés, et ensuite à une pression de maintien dans une zone de maintien entre des bandes métalliques sans fin pour empêcher que la pelote se reprenne pendant la cuisson de la résine,ca- ractérisé en ce que la pelote est réduite au calibre désiré à une tempéra- ture comprise entre 90 et 1000 centigrade,
tout en contrôlant la teneur en humidité suivant l'équilibre hygroscopique de la matière à des températu- res atmosphériques normales dans le cas de sciure de boisa entre environ 6 % et 10 % d'humidité,\! et caractérisé par le choix d'une résine possédant une fluidité élevée ou maxima à une température non sensiblement différen- te de la température de compression et possédant une température de cuisson et une vitesse de cuisson convenables, eu égard aux bandes employées effec- tivement dans la presse et à la durée et à la vitesse de passage de la ma- tièreo
La zone de compression dans une presse "à chenilles" convenable pour mettre en oeuvre l'invention, est la zone qui va du point où la pelote tombe sous l'influence des platines en passant à l'horizontale,
\! jusqu'au point où les platines supérieures marchent parallèlement aux platines infé- rieurestandis que la zone de maintien va du reste de la portée active de la presse jusqu'au point où le panneau échappe à l'influence des plati- nes.
La pression de maintien peut être sensiblement inférieure à la pression de compression et pour des raisons exposées plus bas en se rappor- tant à la teneur en humidité de la pelote,\! elle dépendra jusqu'à un certain point de la température de- cuisson de la résine choisie.Suivant l'inven- tion, des pressions de compression dans ladite zone, comprises entre 200 livres par pouce carré et 500 livres par pouce carré, pourront être emplo- yées avantageusement,,
Si l'on emploie une résine ayant une température de cuisson beaucoup au-dessus de 1000 centigrade (c'est à dire que la différence entre la température de compression et la température de cuisson est grande)
il y aura une période de parcours pendant laquelle la température de la pelote est élevée de la température de compression jusqu'à celle nécessaire à la cuisson de la résine.Plus la température de cuisson est élevée, plus long sera le parcours de chauffage dont la pelote aura besoin pour absorber la chaleur et atteindre la température nécessaire De même après cuisson avec des résines cuisant à plus hautes températures, la planche aura besoin d'un parcours prolongé pour se refroidir avant d'être libérée de la pression à sa délivrance par la presse.
Les capitaux à engager et la dépense d'exploi- tation dictent que le domaine d'action (marbre) de la presse soit court et que la vitesse de passage de la pelote soit aussi grande que possible., pour maintenir un débit élevé.On observera ainsi qu'en raison de ces considé- rations pratiques, la température de cuisson de la résine doit être en re- lation avec la longueur du parcours et avec la vitesse de marche de la pelo- te entre les bandes.
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En conséquence, le désidératum est une résine cuisant à une tem- pérature qui permet d'obtenir cuisson et température avec une longueur mini- ma de la presse.
Les résines thermodurcissables préférées sont telles que le phénol-formaldéhyde ou l'urée-formaldéhyde, préparées de manière telle qu'elles aient un point de fusion inférieur à 90 centigrade et possèdent une fluidité maxima entre 90 et 1000 centigrade et cuisent à une tempéra- ture légèrement inférieure à 1000 centigrade.
Dans le traitement de fabrication défini au paragraphe précé- dent, des pressions de compression comprises entre 200 livres et 500 livres par pouce carré peuvent être avantageusement employéeso
L'invention comprend en outre le fait de refroidir le panneau dans la presse après la cuisson de la résine., à une température inférieure au point d'ébullition de l'eau dans l'atmosphère, en vue d'éliminer le dan- ger d'une évaporation subite lorsque la pression sur le panneau est relâ- chée, et de préférence de faire subir au panneau le relâchement de pression sous un coussin de vapeur ou d'air saturé pour éviter une perte d'humidité dans la planche délivrée.
Le refroidissement du panneau dans la presse peut être effec- tué en refroidissant les platines et les bandages métalliques du côté dé- livrance de la presse.
En mettant l'invention en oeuvre suivant un mode décrit en ma- nière d'exemple pour de la sciure de bois., la sciure ayant une humidité d'en viron 10 % et une proportion appropriée du liant résineux thermodurcissable choisi, par exemple 5 %, sous forme de poudre., sont intimement mélangés et débités par une trémie sur la bande d'acier d'une presse à chenille. La per- lote est transformée en une couche uniforme de, par exemple,1,6 pouce d'épaisseur pour produire des planches de 1/211 de calibre.
Lorsque la pelo- te avance sur la bande d'acier sans fin., vers les platines de la presse, elle est chauffée à une température comprise entre' 90 et 100 centigrade de manière à ce qu'en dépit du traitement de préchauffage elle contienne 6 à 10 % d'humidité lorsqu'elle arrive à la zone de compression de la presse.
Ce traitement de préchauffage peut être fait par l'application d'un chauffage à fréquence radio de la manière connue qui engendre de la chaleur dans le mélange d'une façon uniforme et presque instantanément de telle manière que très peu d'humidité puisse s'évaporer pendant la très courte période de traitement.
En variante, le préchauffage peut être fait par tous procédés de chauffage extérieur connus convenables, dans une atmosphère saturée, c'est-à-dire une atmosphère saturée de vapeur d'eau par l'addition de va- peur à la température de compression en vue de maintenir de ce fait un équilibre hygrométrique de 6 % à 10 %. Ce chauffage extérieur peut être ef- fectué en chauffant directement les platines et les bandes par tous moyens connusa ou par la radiation ou la convection de chaleur provenant de moyens de chauffage connus dans une chambre que traverse la pelote, et à laquelle est admise de la vapeur, la* pelote passant de préférence dans la chambre et en sortant, par une trape ou un rideau,
ou en utilisant un mélangeur chauf- fé dans lequel la sciure et la résine sont simultanément mélangées et pré- chaufféeso
Suivant une variante, une combinaison des deux types de métho- des de chauffage peut être appliquée pour préchauffer le mélange, par exem- ple, le chauffage peut être effectué en deux étapes, la première étape jus- qu'à 70 C étant effectuée suivant les procédés mentionnés en dernierlais- sant la teneur en humidité de la sciure jusqu'à environ 10 %, et en élevant la température de 70 C à la température de compression choisie dans le do- maine de 90 C à 100 C par chauffage à haute fréquenceo Une telle combinai- son a l'avantage que l'équipement coûteux de fréquence radio, avec sa for- te consommation d'énergie et l'encombrement qu'elle entrai'ne,
peut être ré- duit au minimum.
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De la zone de préchauffage., la bande sans fin avec sa pelote de sciure préchauffée et son liant arrive dans la zone des platines tandis qu'elles tournent autour des roues à chaîne de la presse à chenilles, et la pelote est recouverte par la bande supérieure entourant les platines supé- rieureso Le calibre défini par la distance entre les platines supérieures et inférieures et les bandes, est réglé d'après le calibre prédéterminé au- quel la pelote doit être réduite par compression dans la presse à platines.
Lorsque les bandes passent dans la zone où le calibre prédéterminé est réa- lisé, la pelote est soumise à la compression maxima à la température choi- sie,la teneur en humidité se tenant entre 6 % et 10 %. Le moyen pour ajus- ter la charge des platines est réglé pour donner une pression pour compacité, de 300 livres par pouce carré lorsque la pelote arrive sous leur influence.
Lorsque les platines et les bandes progressent le long du parcours horizon- tal dans la zone de maintien., une pression telle (par exemple 50 livres par pouce carré) est appliquée, que le calibre prédéterminé soit maintenu avec le minimum de récupération élastique et que la teneur en humidité désirée de la planche soit conservée. Dans le but de cuire la résine., la température de la pelote entre les bandes est maintenue à la valeur nécessaire pour la résine choisie, par la chaleur appliquée par les platines et les bandes, de la manière connue.
En vue d'économiser de la longueur de la presse., on choisit une résine à cuisson rapide, par exemple on préfère une résine qui cuit à 100 C en quelques minutes. La pelote cuite arrive de la presse de manière conti- nue et est ensuite coupée en planches de la longueur voulue. Du fait que la pelote a été cuite à une température inférieure au point d9ébullition de l'eau à la pression de cuisson, peu d'humidité peut s'évaporer et le pro- duit fini contiendra un pourcentage d'humidité au voisinage de l'équilibre hygroscopique qui convient pour empêcher ou réduire au minimum une distor- sion ou voilement subséquent lors de l'entreposage dans des conditions at- mosphériques normales.
Dans le traitement de maintien de la pelote après qu'elle a pas- sé hors de la zone de compression lorsque la cuisson doit être effectuée à une température supérieure à celle de la compression, on emploie une pres- sion suffisante non seulement pour empêcher la récupération élastique de la planche avant qu'un lien rigide entre toutes les particules ait été établi, mais aussi pour. empêcher l'humidité de la planche de s'évaporer..
Si, par exemple., la température de cuisson de la résine dans la planche est de 120 C (obtenue par chauffage extérieur pendant lequel la température super- ficielle de la planche peut avoir été élevée à 150 C ), la pression de main- tien doit être au moins de 70 livres par pouce carré pour empêcher l'humi- dité de s'évaporer, Puisque la pression de maintien doit être appliquée jusqu'à ce que la résine soit à peu près complètement cuite;, la longueur de la zone de maintien, dans une presse dans laquelle la pelote se déplace à une vitesse de 8 à 10 pieds par minute, deviendra inéconomiquement grande., à moins qu'on ne choisisse une résine à cuisson rapide.
Par suite, les pro- priétés des résines les plus convenables pour convenir au procédé de compres- sion optima sont celles qui ont un point de fusion inférieur à 90 , une flui- dité élevée entre 90 et 100 Ce et une température de cuisson rapide compri- se entre la température de compression et une température non supérieure à 12000. Ces exigences sont rencontrées par exemple dans les résines suivantes qui sont des produits commerciaux vendus sous le nom de "Cellobond type J 2304," une résine phénolique; o u "Cellobond type U. 8770", - une résine aminoplastique.
On préfère refroidir partiellement la planche après cuisson avant qu'elle passe hors du contrôle des platines. Dans ce but, on applique des moyens refroidisseurs aux platines après qu'elles ont passé hors de la zone de cuisson qui dans ces circonstances peut être considérée comme la partie première de la zone de maintien, par exemple le refroidissement peut compren- dre des moyens pour souffler de l'air froid ou refroidi contre le dos des platines supérieures et inférieures entre lesquelles la planche est mainte- nuea