BR112018016521B1 - Procedimento de fabricação de painéis estratificados multicamadas e painel simétrico e assimétrico obtido pelo mesmo - Google Patents
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Abstract
O procedimento é realizado por meio da deposição sobreposta de uma série de camadas de fibras e/ou partículas com material aglomerante e/ou outros aditivos químicos sobre uma esteira de transporte até formar uma manta multicamadas, nas qual as camadas se encontram fisicamente diferenciadas umas das outras, compreende - definir a espessura final do painel e sua densidade, - definir o número de camadas que vão conformar o painel e o tipo de material que constitui cada camada - selecionar e preparar o material constituinte de cada camada a conformar, - depositar de maneira sobreposta e escalonada as camadas previamente definidas pelo peso por m2 de cada uma delas - pré-compactar e opcionalmente preaquecer a manta - compactar por meio de pressão e calor a manta A invenção se refere ao painel formado com base em um dito procedimento para formar um painel simétrico ou assimétrico estável.
Description
[001] O objeto da invenção se enquadra no campo técnico da fabricação de painéis de fibras e/ou partículas de madeira que são misturadas com materiais aglutinantes e que, submetidos a pressão e calor, alcançam a realização de um artigo compacto e estável, apto a numerosas aplicações relacionadas à indústria da madeira, como por exemplo, mobiliário, pisos, recipientes, embalagens, construção, etc.
[002] Entre os produtos que podem ser encontrados realizados neste campo da técnica podemos destacar os painéis de partículas de madeira geralmente denominados painéis de aglomerados, os painéis de fibras de densidade média, também conhecidos por MDF ou DM, painéis de fibras de alta densidade ou compactos fenólicos.
[003] A madeira é aproveitada pelo homem desde a Antiguidade. Sua utilização como combustível, como elemento construtivo e como matéria-prima para papel, ferramentas e mobiliário, acompanha o homem desde os tempos remotos.
[004] O uso de produtos derivados da madeira está ligado ao desenvolvimento econômico e sua utilização tem relação com o Produto Interno Bruto (PIB) sendo os países com maiores índices os de maior consumo. Isso provocou o fato de muitos países serem deficitários em madeira pelo fato de os territórios onde estão assentados não serem capazes de gerar o recurso por diversos impedimentos, sejam bioclimáticos, de usos do solo ou por pressão demográfica. Além disso, estas sociedades demandam um aproveitamento dos bosques, não só produtivo, mas também recreativo e ambiental.
[005] Neste contexto, a eficácia do aproveitamento do recurso cada vez é mais imperativa e a melhora dos processos permite incorporar valor agregado à matéria- prima de menores dimensões. A adaptação a estas necessidades da indústria de fabricação de painéis derivados da madeira é um exemplo típico. Assim como na Antiguidade, somente as melhores peças de madeira maciça eram usadas para a fabricação de móveis. Atualmente são aproveitadas lenhas que, incorporadas aos processos de aglomerado e/ou MDF e/ou fabricação de pasta de papel, permitem a fabricação de móveis de qualidade usando os painéis fabricados nos processos anteriores e decorados posteriormente com desenhos impressos sobre papéis impregnados em resinas.
[006] Além disso, esta melhora da eficiência no aproveitamento da madeira foi capaz de ser realizada sem perda de valor apreciável em relação a características técnicas. Inclusive, pode melhorar o desempenho de alguma característica como a anisotropia consequência de sua constituição e anatomia.
[007] A melhora na anisotropia da madeira foi um vetor de desenvolvimento claro na indústria da fabricação de produtos derivados da madeira e, em concreto, na fabricação de painéis aglomerados, MDF ou a combinação de ambos.
[008] Esta característica é claramente reconhecida como um inconveniente na utilização da madeira, já que depende da espécie utilizada, de sua idade e da parte da árvore da qual é extraída a peça. Os desenvolvimentos na fabricação de painéis derivados da madeira buscaram reduzir seu impacto. Os processos perseguem a consecução de produtos com a melhor estabilidade dimensional possível. Para conseguir tal fim, um aspecto chave é que existam tensões diferenciais que possam ser manifestadas na presença de empenos. Esta é uma das causas pelas quais os processos de fabricação buscam a simetria em relação ao plano que passa pelo centro da espessura do painel. Exemplos que evidenciam a simetria nos processos de fabricação são: • a contribuição de energia térmica através dos pratos de calefação é simétrica como consequência de uma contribuição de óleo térmico comum através da mesma bomba para o prato superior e inferior • o material usado nas camadas externas tem a mesma procedência para que tanto sua umidade como sua resina sejam iguais em ambas as camadas
[009] Por isso, a estabilidade dimensional, e em concreto a planificação ou ausência de empenos, é uma característica básica pretendida nos painéis de madeira (aglomerado, MDF ou a combinação de ambos). São perseguidos comportamentos isotrópicos que melhorem o desempenho da madeira natural.
[010] Em referência aos processos de fabricação de painéis, são distinguidas três tecnologias em função da forma de conformar o colchão de materiais também denominado manta: 1. MONOCAMADA - o material processado tem a mesma origem e, por isso, as mesmas características. Só é necessário um único dispositivo para a construção da manta e suas propriedades são homogêneas em toda a sua altura. É o mais utilizado na fabricação do MDF. 2. BICAMADA - aquela tecnologia na qual é processado material com a mesma origem e por isso suas características são iguais, e são utilizados dois dispositivos para a construção do colchão. Neles é realizada uma divisão do fluxo de material que permite a construção de mantas que consomem fluxos mássicos maiores. 3. TRICAMADA - é processado material de duas origens diferentes no processo. Existe por isso a possibilidade de que cada material tenha valores característicos diferentes em relação à umidade, à presença de químicos e granulometria. As duas camadas externas têm a mesma origem e seu fluxo é dividido em dois dispositivos formadores onde é controlada a contribuição de cada camada para evitar problemas dimensionais. A camada interna é processada entre as duas anteriores e sua umidade é menor para favorecer o fluxo de energia das camadas externas até o centro. É o método mais comum em painéis de aglomerado.
[011] Essas diferenças na conformação de mantas provocam por sua vez diferenças significativas em cada camada/estrato no processo de prensado. Nele, a eficácia da transmissão de energia e a resposta da manta à pressão aplicada pela prensa são diferentes em cada camada/estrato e estão relacionadas às propriedades viscoelásticas da madeira, à difusão do vapor, etc... especialmente entre as camadas mais superficiais e o centro.
[012] Para evitar os empenos, as tensões na estrutura do painel devem estar compensadas. Por isso, os fornecedores de maquinário centram seus esforços na evolução de equipamentos e métodos de fabricação que favoreçam uma resultante simétrica em relação ao plano central no que se refere a esforços. É possível afirmar que atualmente os fabricantes de painéis de qualquer tipo são escravos da simetria que deve ter esse painel.
[013] É conhecida a patente europeia EP-1140447 na qual é descrito um dispositivo e um método para fabricação de painéis em contínuo formados por um núcleo de partículas e em suas faces externas as respectivas camadas de fibras. No dito processo de fabricação, o painel é realizado mediante o relaxamento, em especial de partículas misturadas com um aglomerante, como por exemplo lignocelulose e/ou fibras, aparas ou partículas análogas, que contêm celulose, para formar um material não tecido, em especial para a fabricação de objetos modelados, principalmente com formas de placas ou painéis; de forma que o dispositivo apresente pelo menos um depósito de dosagem, que contém as partículas, com pelo menos uma estação de relaxamento das partículas disposta após o depósito de dosagem e com uma esteira de modelado disposta abaixo da estação de relaxamento para recolher o material não tecido. A seguir são dispostas pelo menos três estações de relaxamento dispostas uma atrás da outra ao longo da esteira de modelado, das quais a primeira é prevista para o relaxamento de fibras, a segunda para o relaxamento de partículas e a terceira novamente para o relaxamento de fibras e porque a estação de relaxamento de partículas compreende um dispositivo de fracionamento para separar as partículas finas e grossas com pelo menos dois trechos de fracionamento para as partículas finas e pelo menos um trecho de fracionamento para as partículas grossas, ao mesmo tempo que os trechos de fracionamento para as partículas finas formam as zonas inicial e final do dispositivo de fracionamento e que o trecho de fracionamento para as partículas grossas está disposto entre os trechos de fracionamento para as partículas finas.
[014] O propósito da invenção é conseguir painéis estratificados formados por um número n de camadas que sejam estruturalmente estáveis, ou seja, que no painel fabricado não sejam geradas tensões internas que provoquem o empeno indesejável do painel e mantenham sua planificação, tenham uma estrutura de camadas simétrica ou assimétrica por um procedimento que garanta a estabilidade mediante o controle individual de cada uma das camadas e, assim, obtendo-se painéis estáveis e planos sem tensões internas que provoquem empenos dos mesmos.
[015] É objeto da invenção um procedimento tal e como definido na reivindicação 1 consistente de um procedimento de fabricação de painéis estratificados multicamadas, compreendendo uma combinação fibras e/ou partículas com pelo menos um aglomerante e/ou outros aditivos químicos, realizadas as ditas camadas mediante a deposição sobreposta das mesmas sobre uma esteira de transporte até formar uma manta que compreende fibras e/ou partículas em forma multicamada, na qual as camadas se encontram fisicamente diferenciadas umas das outras, caracterizado o dito procedimento por compreender: - definir a espessura final do painel e sua densidade, - definir o número de camadas que vão conformar o painel e o tipo de material que constitui cada camada - selecionar e preparar o material constituinte de cada camada a conformar, para seu posterior depósito que compreende: - selecionar fibras e/ou partículas, - selecionar a granulometria do material constituinte de cada camada, - selecionar a relação entre o peso de material aglomerante e/ou outros aditivos químicos e o peso de fibras e/ou partículas utilizadas em cada camada e - selecionar a porcentagem de umidade de cada camada da manta, na qual a ou as camadas exteriores que formarão o painel terão uma umidade máxima de 18% em relação ao peso seco do produto, e a ou as camadas interiores que formaram o painel terão um valor mínimo de umidade de 3% sobre o peso seco do produto, com uma diferença absoluta de umidades entre camadas contíguas que se situará na faixa entre 1 e 12 pontos em função do número de estratos que formam a manta, com uma distribuição gradual de umidade das camadas externas até o centro geométrico do painel. - selecionar e preparar cada camada, que compreende a adição de fibras e/ou partículas com material aglomerante e/ou outros aditivos químicos, até formar uma massa homogênea na qual seu peso por m2 da mesma é o resultado do produto da densidade do material sem umidade multiplicado pela espessura de cada camada e incrementado com a porcentagem de umidade correspondente à dita camada. - depositar de maneira sobreposta e escalonada as camadas previamente definidas pelo peso por m2 de cada uma delas tal e como definidas no parágrafo anterior, depósito que é realizado sobre uma esteira transportadora até a final formação de uma manta definida pela sobreposição de múltiplas camadas que compreendem fibras e/ou partículas e onde o número de camadas totais incluídas na dita manta é igual ou superior a 4. - pré-compactar e opcionalmente preaquecer a manta que compreende fibras e/ou partículas misturadas com substâncias aglomerantes e/ou outros aditivos químicos depositados sobre a esteira transportadora. - compactar mediante pressão e calor a manta que compreende fibras e/ou partículas misturadas com substâncias aglomerantes e/ou outros aditivos químicos depositados e pré-compactados nas fases anteriores até a formação do painel final onde a soma de densidades de material das camadas externas até o centro geométrico do painel são substancialmente similares a ambos os lados do painel final realizado.
[016] Este procedimento de fabricação de painéis estratificados multicamadas se destaca porque as camadas para um e para outro lado do centro geométrico do painel conformam um painel simétrico ou assimétrico pela espessura das camadas e/ou material empregado nas mesmas e/ou pelo número de camadas depositadas.
[017] A umidade de cada camada vem definida pelo conteúdo de água em relação ao produto seco que integra essa camada, pois o conteúdo líquido de água pode ser maior ou menor, dependendo do material integrante de cada camada, incluindo-se nesse valor o próprio conteúdo que tenham as fibras e/ou partículas, o material aglomerante, os aditivos, bem como a própria água que possa ser introduzida no processo, por esse motivo quando são comparadas duas camadas que podem ser do mesmo ou de materiais, fibras, partículas, etc. diferentes empregados, é mais lógico falar de diferença absoluta de umidades, ou seja, de valores absolutos. A diferença absoluta de umidades entre camadas contíguas está compreendida preferencialmente entre 1-10 e mais preferencialmente entre 1-7.
[018] Do mesmo modo que se falou de um valor similar na soma de densidades de material das camadas externas até o centro geométrico do painel de ambos os lados do painel final, este valor que deve ser coletado tem certa tolerância, já que industrialmente seria muito difícil conseguir valores idênticos, daí se falar que a diferença entre ambas as somas de densidades das camadas de um lado a outro do centro geométrico do painel tem uma variabilidade máxima admissível de 10%, preferencialmente de 5% e mais preferencialmente de 3%.
[019] Quando se fala de centro geométrico do painel, se deve entender como um ponto ou plano imaginário que é equidistante e paralelo a ambas as faces do painel formado. O centro geométrico do painel pode coincidir com um plano de separação entre camadas do painel ou está incluído dentro da espessura de uma camada, dividindo a dita camada em duas zonas, cada uma das quais considerada, para a soma das densidades, como pertencente a uma ou a outra zona do painel obtido.
[020] Pelo menos uma das camadas externas do painel é realizada por meio de fibras para dar um acabamento mais liso e uniforme de aspecto e/ou pelo menos uma das camadas externas do painel é realizada por meio de partículas, obtendo- se um painel com aspecto distinto, já que as partículas que constituem o painel seriam vistas. Ou seja, são realizados paineis com uma camada externa de fibras, com ambas as camadas externas de fibras, com uma única camada externa de partículas ou com ambas as camadas externas de partículas ou com uma camada externas de fibras e a outra camada externa de partículas conforme seja interessante.
[021] Os painéis realizados estão aptos para receber acabamentos superficiais nos quais pelo menos uma das faces exteriores do painel seja recoberto por meio de laqueado e/ou revestimento de PVC e/ou papéis impregnados em resinas e/ou chapas naturais e/ou HPL (High Pressure Laminated).
[022] O(s) aglomerado(s) empregado(s) na fabricação do painel é(são) selecionado(s) do grupo que consiste em resinas termoestáveis como as fenoplásticas, aminoplásticas e isocianatos orgânicos que têm pelo menos dois grupos isocianatos, em resinas termoplásticas e em biorresinas. Esses aglomerantes podem ser usados sozinhos ou combinados.
[023] As resinas fenoplásticas são resinas sintéticas ou produtos modificados obtidos por meio da condensação de fenol com aldeídos. Além do fenol não substituído, os derivados de fenol são usados para a fabricação de resinas fenoplásticas. Eles incluem cresóis, xilenóis e outros alquilfenóis (por exemplo, p- terc-butilfenol, p-terc-octilfenol e p-terc-nonilfenol), arilfenóis (por exemplo, fenilfenol e naftóis) e fenóis divalentes (como resorcinol e bisfenol A). O componente de aldeído mais importante é o formaldeído, que é usado de várias formas, incluindo solução aquosa e paraformaldeído sólido e também como compostos que dão lugar ao formaldeído. Outros aldeídos (por exemplo, acetaldeído, acroleína, benzaldeído e furfural) são usados em uma extensão mais limitada, já que também são cetonas. As resinas fenoplásticas podem ser modificadas por meio de uma reação química do metilol ou dos grupos de hidroxilo fenólico e/ou por meio de dispersão física no agente de modificação (norma EN ISO 10082).
[024] As resinas fenoplásticas preferidas são resinas de aldeído fenol, mais preferencialmente resinas de fenol-formaldeído. As resinas de fenol-formaldeído (também denominadas resinas PF) são conhecidas em, por exemplo, Kun-ststoff- Handbuch, 2- edição, Hanser 1988, volume 10, "Duroplaste", páginas 12 a 40.
[025] Como resinas aminoplásticas, é possível usar todas as resinas aminoplásticas conhecidas pelos especialistas, preferencialmente as conhecidas para a produção de materiais à base de madeira. As resinas desse tipo e também sua preparação são descritas em, por exemplo, Ullmanns Enzyklopadie der technischen Chemie, 4- edição revisada e expandida, Verlag Chemie, 1973, páginas 403 a 424 "Amino-plaste" e Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, vol. A2, VCH Verlagsgesellschaft, 1985, páginas 1 15 a 141 "Amino Resins" e também em M. Dunky, P. Niemz, Holzwerkstoffe und Leime, Springer 2002, páginas 251 a 259 (UF resins) e páginas 303 a 313 (MUF e UF com uma quantidade pequena de melamina). Em termos gerais, são produtos da policondensação de compostos que têm pelo menos um grupo amino ou grupo carbamida - opcionalmente substituído parcialmente por radicais orgânicos - (o grupo carbamida também é denominado grupo carboxamida), preferencialmente grupo carbamida, preferencialmente ureia ou melamina e um aldeído, preferencialmente formaldeído. Os produtos de policondensação preferidos são resinas de ureia- formaldeído (resinas UF), resinas de melamina-formaldeído (resinas MF) ou resinas de ureia-formaldeído que contêm melamina (resinas MUF), mais preferencialmente resinas de ureia-formaldeído.
[026] Os produtos de policondensação particularmente preferidos são aqueles nos quais a proporção molar entre o aldeído e o grupo amino e/ou o grupo carbamida - opcionalmente substituídos parcialmente por radicais orgânicos- está no intervalo de 0,3:1 a 1:1 , preferencialmente de 0,3:1 a 0,6:1 , mais preferencialmente de 0,3:1 a 0,55:1, muito preferencialmente de 0,3:1 a 0,5:1.
[027] As resinas aminoplásticas indicadas são usadas habitualmente em forma de líquido, habitualmente como uma solução de concentração de 25% a 90% em peso, preferencialmente uma solução de concentração de 50% a 70% em peso, preferencialmente em solução aquosa, mas também podem ser usadas em forma sólida.
[028] O conteúdo em sólidos da resina aminoplástica aquosa líquida pode ser determinado de acordo com Gunter Zeppenfeld, Dirk Grunwald, Klebstoffe in der Holz- und Mobelindustrie, 2- edição, DRW-Verlag, página 268.
[029] Quando é realizada a contribuição de aglomerantes e/ou aditivos químicos ao processo de fabricação do painel estratificado da invenção, pode ser necessária a aplicação de pigmentos ou tintas que determinem uma cor final do dito painel ou de pelo menos uma das camadas do citado painel. A aplicação dos pigmentos ou tintas é feita de forma que vão ou não misturados com os aglomerantes e/ou aditivos.
[030] É também objeto da invenção a realização de um painel simétrico ou assimétrico realizado de acordo com o procedimento descrito anteriormente que compreende as respectivas camadas externas de fibras, enquanto que seu interior se divide em uma camada central de partículas em ambos os lados da camada central. Com esta disposição de painel, é aconselhável que na camada central de partículas as mesmas tenham um tamanho superior às partículas das camadas que se situam em ambos os lados da camada central, ficando infiltradas no interior do painel as partículas de maior tamanho e evitando que elas possam ser telegrafadas para a superfície, efeito tão indesejável na hora de se fabricar painéis que compreendem partículas.
[031] Preferencialmente a estrutura de um painel é formada por meio de uma estrutura como a seguir: - camada externa de fibra - camada interna de partículas que por sua vez se divide em: - camada externa exterior de partículas finas - camada interna interior de partículas grossas - camada externa exterior de partículas finas - camada externa de fibra
[032] Esta estrutura é formada por 5 camadas nas quais as faces externas são ocupadas por fibras e partículas misturadas com substâncias aglomerantes e/ou outros aditivos químicos, de pequeno tamanho e nas quais o centro da estrutura do painel é reservado às partículas de maior tamanho, evitando-se com isso que apareça no painel o efeito de telegrafia resenhado anteriormente.
[033] O procedimento de fabricação de um painel estratificado compreende as seguintes etapas: a) depositar, sobre uma primeira superfície, uma pluralidade de fibras ou partículas misturadas com substâncias aglomerantes e/ou outros aditivos químicos, controlando o peso da dita camada e configurando uma primeira camada externa do painel a se formar. Este depósito é realizado sobre uma esteira transportadora que é deslocada enquanto são depositadas em forma de manta as fibras e/ou partículas que formarão a primeira camada depositada ou camada externa do painel finalmente formado. b) Opcionalmente e quando a camada da etapa anterior seja de fibras pré-compactar por meio de pressão c) depositar múltiplas camadas sobrepostas de fibras ou partículas misturadas com substâncias aglomerantes e/ou outros aditivos químicos sobre a primeira camada realizada, controlando o peso individualmente de cada camada. Estas camadas múltiplas, ao se realizar um painel final de 5 camadas, serão formadas por uma camada de partículas finas, a seguir por uma camada de partículas grossas e, posteriormente, por uma camada de partículas finas d) depositar sobre uma segunda superfície uma pluralidade de fibras ou partículas misturadas com aglomerante e/ou outros aditivos químicos, configurando uma segunda camada externa do painel, pré-compactando a dita camada em caso de se tratar de fibras como é o caso da camada b) e) depositar a camada independente realizada na etapa d) sobre as múltiplas camadas previamente depositadas sobre a primeira superfície nas etapas a) a c). f) pré-compactar e opcionalmente preaquecer por meio de vapor d’água reaquecido, ar reaquecido, estimulação elétrica (como por exemplo por meio de alta frequência, micro-ondas, etc ), o conjunto de camadas depositadas nas etapas anteriores, g) compactar por meio de pressão e calor as múltiplas camadas depositadas nas etapas a) a e) para a formação do painel em sua espessura final.
[034] As partículas utilizadas são previamente classificadas por tamanho, sendo agrupadas as partículas de tamanhos similares para que as camadas que sejam formadas na estrutura do painel sejam as mais homogêneas possíveis em cada uma das camadas em relação ao tamanho das partículas. Estas partículas que são classificadas por tamanho, em uma modalidade preferencial, são agrupadas para formar pares de camadas de partículas de um tamanho similar no painel a se formar.
[035] Preferencialmente as camadas de partículas de maior tamanho serão depositadas na zona central do painel enquanto que as de menor tamanho serão depositadas progressivamente até as camadas externas do painel a se formar, a fim de que o acabamento do painel seja o mais regular possível. Este ordenamento facilitará para que as partículas de maior tamanho fiquem infiltradas dentro do painel e não sejam visíveis das camadas externas do mesmo, dando uma aparência estética de maior qualidade ao produto.
[036] Com o objetivo de ajudar para uma melhor compreensão das características da invenção, de acordo com um exemplo preferencial da modalidade prática da mesma, é uma contribuição parte integrante da dita descrição uma série de desenhos onde, com caráter ilustrativo e não limitativo, foi representado o seguinte: A figura 1 representa um gráfico onde se vê o grau de polimerização da resina nos diferentes estratos do painel, como é parte de diferentes estratos o painel devido à transmissão de calor através da espessura do painel. Fonte: 8th European Panel Products Symposium, Thermokinetic simulation of a hot press cycle in the production of particleboard and MDF.Christian Heineman, Roland Mitter and Manfred Dunky. A figura 2 permite observar o efeito da pressão aplicada na formação do painel e como provoca deformações das células da madeira reduzindo os lúmens celulares, tal e como apresentado nas representações inferiores onde a da esquerda é de uma maior densidade e corresponde às camadas externas do painel e a imagem inferior direita mostra a camada interna de menor densidade e com maior presença de vãos, o que faz diminuir a densidade. Este comportamento está relacionado às propriedades viscoelásticas da madeira e ao conteúdo de umidade de cada camada. Fonte: COST Action FP1005, Working Group Meeting (WG3) Nancy, 13/10/2011, Bern University of Applied Sciences, Heiko Thoemen A figura 3 apresenta um perfil de densidade de um painel MDF tricamada que apresenta uma assimetria resultante de um conteúdo de umidade distinto entre superfícies. Isso é um defeito de qualidade presente nas fabricações convencionais, amplamente conhecido no setor e que provoca empenos. A figura 4 coleta três representações do mesmo perfil de densidade de um painel assimétrico fabricado por métodos convencionais. No 4.1 é apresentado o perfil de densidade de um painel com camadas externas de fibras, uma delas de 4mm e outra de 2mm, e uma ou várias camadas interiores de partículas. No 4.2 é realizada uma representação do gráfico sobreposto de ambas as faces, o que demonstra a assimetria de densidades no painel citado. No 4.3 é realizado o mesmo exercício mas unicamente das camadas de partículas. Esta figura mostra um painel fabricado com a tecnologia descrita na patente europeia EP1140447, mas fabricando um painel assimétrico o qual resulta em um painel não estável. A figura 5 coleta três representações do mesmo perfil de densidade de um painel assimétrico fabricado sendo aplicado o procedimento da invenção. No 5.1 é apresentado o perfil de densidade de um painel com camadas externas de fibras, uma delas de 4mm e outra de 2mm, e várias camadas interiores de partículas. No 5.2 é realizada uma representação do gráfico sobreposto de ambas as faces, o que demonstra a assimetria de densidades no painel citado. No 5.3 é realizado o mesmo exercício mas unicamente das camadas de partículas. Estas assimetrias permitem a compensação de esforços entre estratos. A figura 6 representa um gráfico de como é possível projetar o perfil de um painel para se conseguir realizar um painel estável sem empenos. A figura 7 representa um gráfico combinando as densidades resultantes de n camadas de igual ou diferente material empregado. A figura 8 representa uma vista esquemática de uma instalação de fabricação de painéis, mais concretamente para uma instalação de painéis formados por seis camadas sobrepostas.
[037] Nos processos de fabricação de painéis de fibras e/ou partículas, onde o processo é realizado mediante a prensa de uma manta de fibras e/ou partículas misturadas com material aglomerante e/ou outros aditivos químicos, nesse processo intervêm vários fatores, entre os quais se encontra a transferência de calor das camadas externas em contato com os pratos da prensa de calefação para as camadas internas, a transferência de massa entre as camadas e as reações químicas de transformação da própria madeira e do material aglomerante.
[038] Nas condições de processo normais de fabricação de painéis, as condições que são dadas na superfície e nas camadas internas são muito distintas. Fundamentalmente as camadas mais externas têm uma transferência de energia por condução enquanto que, de forma gradual, adquirem importância os processos de convecção à medida que são analisadas as camadas mais internas, o que é manifestado também no diferente grau de polimerização entre as camadas do painel.
[039] A introdução de altas temperaturas e umidade durante a prensa plastifica a madeira, o que tem um efeito imediato na redução da pressão de trabalho e, como consequência, altera o perfil de densidade. A temperatura de reamolecimento da madeira está fortemente influenciada pelo seu conteúdo em água.
[040] Na figura 1 é observado um gráfico onde se vê o grau de polimerização da resina nas diferentes espessuras do painel. Neste gráfico, é observado como as camadas externas chegam rapidamente a um alto grau de polimerização em muito pouco tempo, enquanto que as camadas internas, conforme são desenvolvidas até o núcleo do painel demoram mais tempo para polimerizar, já que a transferência de energia das camadas externas até as internas é possível graças à umidade dessas camadas que é transformada em vapor d’água que aquece essa parte central do painel.
[041] Na figura 2, é observado o efeito da pressão aplicada na formação do painel e como provoca deformações das células da madeira, reduzindo os lúmens celulares, o que provoca um aumento na densidade. Este efeito é refletido na dita figura onde o gráfico mostra a curva de densidades do painel ao longo do corte do mesmo, onde são obtidos dois picos de máxima densidade coincidentes com as faces externas do painel e uma diminuição paulatina até chegar ao centro do painel, onde é alcançada uma densidade mínima do painel. Nesta figura 2 está representado um gráfico típico de distribuição das densidades na espessura do painel. Na parte inferior deste gráfico são apresentadas as respectivas imagens das camadas externas mais densas tal e como apresentado na imagem da esquerda, onde os espaços são menores e as fibras se encontram mais compactadas e na imagem da direita, onde os vãos são maiores e por isso a densidade diminui sensivelmente.
[042] Nas figuras 4 é apresentado o perfil de densidade de um painel, fabricado por um procedimento distinto do da invenção, com camadas externas de fibras, uma delas de 4mm e outra de 2mm, e uma ou várias camadas interiores de partículas (figura 4.1). O comportamento deste painel fabricado desse modo era não estável.
[043] Na figura 4.2, foi representado o perfil de densidade em relação ao eixo para visualizar de forma clara as assimetrias em relação ao centro. O comportamento desse painel será claramente instável e será provocado o empeno do painel pelas tensões que provocará esta diferença de densidade entre uma e outra face do dito painel.
[044] Na figura 4.3, foi realizado o mesmo exercício mas unicamente das camadas de partículas. Nessa nova representação, é observado que a densificação entre as partículas em ambos os lados do eixo é muito similar, o que evidencia que os empenos são provocados pelas camadas de fibras de espessura diferente.
[045] Em especial e de maneira surpreendente, a possibilidade de se realizar painéis multicamadas com controle independente de peso, granulometria e umidade permite modalidades com camadas externas de espessuras claramente diferentes, já que são possíveis posteriormente as correções para manter um resultado plano e estável. Nos processos convencionais, estas modalidades não são possíveis mantendo-se a planificação, já que os esforços gerados são muito importantes e são refletidos no aparecimento de empenos.
[046] Isso se reflete nos perfis de densidade da figura 5, que foram tomados de um painel realizado por meio do procedimento da invenção. A figura 5.1 apresenta um perfil de densidade de um painel com camadas externas de fibras, uma delas de 4mm e outra de 2mm, e uma ou várias camadas interiores de partículas.
[047] A figura 5.2 representa o perfil de densidade em relação ao eixo para visualizar de forma clara as assimetrias em relação ao centro.
[048] Na figura 5.3, foi realizado o mesmo exercício mas unicamente das camadas de partículas. Nessa nova representação é observado que a densificação entre as partículas em ambos os lados do eixo também apresenta comportamento assimétrico. Estas assimetrias permitem a compensação de esforços entre estratos.
[049] A figura 5.3 em contraposição à figura 4.3 evidencia que na 4.3 não é possível compensar os empenos provocados pelas camadas de fibra externas de espessura distinta.
[050] A invenção propõe a incorporação de n estratos entre as camadas externas e a central que permite um ajuste específico em cada uma delas de forma que é possível ajustar suas condições buscando uma densidade final específica para cada uma delas. São definidos, além disso, dois grandes grupos A e B, no qual A é o material compreendido entre a superfície superior do painel e o plano central que consta de 1,2,__, n estratos ; e B é o material compreendido entre o plano central e a superfície inferior do painel que consta de 1', 2', , n' estratos. Como modalidade preferencial, é buscado que os valores de densidade média de cada grupo sejam os mais iguais possíveis, com diferenças menores que 10%, preferencialmente de 5% e mais preferencialmente de 3%. Os n estratos dentro do conjunto A podem apresentar densidades diferentes de seus correspondentes n' do conjunto B contanto que seja cumprida a condição anterior entre os valores médios de cada grupo.
[051] Na figura 6, é mostrado um gráfico de como é possível projetar o perfil de um painel para conseguir realizar um painel estável sem empenos, assim o perfil se encontra dividido em 6 estratos, dois exteriores 1 e 1’ que formam as faces externas que estão formadas por fibras, alguns estratos interiores 2 e 2’ que podem ser formados por partículas e alguns estratos mais interiores 3 e 3’ formados por partículas de maior tamanho que as dos estratos anteriormente indicados.
[052] Na figura 7, é mostrado um gráfico combinando o resultado de densidades de n camadas de igual ou diferente material empregado, pois se nos ativéssemos ao gráfico da figura 6 teríamos que se deveria cumprir que: Densidade média (estrato 1+estrato 2+ estrato 3) « Densidade média (estrato 1’+estrato 2’+ estrato 3’) Se usássemos o cálculo do representado na figura 7 chegaríamos a um cálculo que seria: Densidade média (estrato 1+estrato 2) « Densidade média (estrato 1’+estrato 2’) e de forma mais geral Densidade média (estrato 1+estrato 2+ + estrato (n-1)) « Densidade média (estrato 1’+estrato 2’+ +estrato (n’-1))
[053] Foi fabricado um painel de acordo com o procedimento da invenção, formado por 5 camadas, das quais as faces exteriores que constituem as “Fibra superior” e “Fibra inferior” foram realizadas de fibras de madeira e aglomerante com espessuras descompensadas em ambas as faces de 4,6mm e 2,2mm, as camadas mais ao interior são camadas de partículas finas com espessuras de 3,1mm e 2,9mm e mais ao interior existe uma única camada de 18,2mm de espessura de partículas mais grossas.
[054] Na parte superior da tabela são consideradas as camadas de forma independente e é observado como a densidade de cada camada é diferente refletindo que as densidades das camadas do lado direito da tabela são superiores. Este cálculo foi realizado seguindo-se a experiência da figura 6 na qual são consideradas as camadas de uma maneira independente.
[055] As três linhas inferiores da tabela foram realizadas considerando-se o agrupamento da camada exterior de fibra e a camada exterior de partículas, e considerando a camada central. Dessa forma, é observado que a densidade das camadas exteriores agrupadas se encontra compensada e é observado que o painel está compensado e isento de tensões.
[056] Foi fabricado um painel de acordo com o procedimento da invenção, formado por 5 camadas, das quais suas faces exteriores que constituem a “Fibra
[057] Na parte superior da tabela, é observada a consideração das camadas de forma independente e como encontram-se as densidades equilibradas do plano geométrico central. Este cálculo foi realizado seguindo-se a experiência da figura 6 na qual são consideradas as camadas de uma maneira independente. As três linhas inferiores da tabela foram realizadas considerando-se o agrupamento da camada exterior de fibra e a camada exterior de partículas, e considerando a camada central. Obviamente, nesse caso é observado que a densidade das camadas exteriores agrupadas se encontra compensada e em consequência o painel está compensado e isento de tensões.
[058] Na figura 8, é observado um esquema de fabricação de um painel simétrico ou assimétrico. É prevista uma instalação para fabricação formada por uma esteira transportadora (10) sobre a qual vai sendo depositada uma série de camadas provenientes das formadoras (11), (13), (14), (15), (16) e (17), a primeira formadora (11) e a última (17) são encarregadas do depósito das camadas de fibras (1) e (7) que formarão as camadas externas do painel, enquanto que as formadoras intermediárias (13), (14), (15) e (16) vão depositar as partículas previamente separadas provenientes dos depósitos (19) e (20), assim, por exemplo, no depósito (19) estarão as partículas de menor tamanho que formarão as camadas próximas às camadas externas de fibras, enquanto que no depósito (20) estarão as partículas mais grossas que ficarão formando as camadas centrais do painel formado e que ficarão infiltradas em seu interior.
[059] Posteriormente ao depósito de fibras na formadora (11) se dispõe de meios de pré-compactação (12) da camada de fibras (1), tal e como rolos, enquanto que o depósito de fibras provenientes da formadora (17) é feito sobre uma esteira transportadora auxiliar onde elas são pré-compactadas por meio de segundos meios de pré-compactação (18), que podem ser rolos de pré-compactação, antes de depositar a camada de fibras em cima da manta formada.
[060] Na parte inferior desse desenho esquemático são reproduzidas as camadas depositadas embaixo das formadoras e conforme a manta de fibras e/ou partículas vão sendo formadas durante a sua construção.
[061] O procedimento de fabricação deste painel estratificado formado por 6 camadas compreende as seguintes etapas: a) depositar, sobre uma primeira superfície (10), que preferencialmente será uma esteira transportadora, uma pluralidade de fibras misturadas com substâncias aglomerantes (1) e/ou outros aditivos químicos, controlando o peso da dita camada e configurando uma primeira camada externa do painel a se formar. Este depósito é realizado sobre uma esteira transportadora que é deslocada enquanto são depositadas em forma de manta as fibras que formarão a primeira camada depositada ou camada externa do painel finalmente formado. b) pré-compactar por meio de pressão utilizando os primeiros meios de pré-compactação (12) a dita primeira camada de fibras (1) depositada sobre a esteira transportadora configurando uma primeira camada externa (2). c) depositar múltiplas camadas sobrepostas de fibras ou partículas (3), (4), (5) e (6) misturadas com substâncias aglomerantes e/ou outros aditivos químicos sobre a primeira camada pré-compactada (2), controlando o peso individualmente de cada camada. Estas camadas múltiplas, ao se realizar um painel final de 6 camadas, serão formadas por uma camada de partículas finas (3), a seguir por algumas camadas (4) e (5) de partículas grossas e, posteriormente, por uma camada de partículas finas (6), formando uma manta de múltiplas camadas sobrepostas, d) depositar uma pluralidade de fibras misturadas com aglomerante (7) e/ou outros aditivos químicos, controlando o peso da dita camada e configurando uma segunda camada externa do painel pré-compactada (8) por meio dos segundos meios de pré-compactação (18), sobre a manta configurada na letra c) anterior. e) pré-compactar, não representado nas figuras, e opcionalmente preaquecer, por exemplo, por meio de vapor d’água reaquecido, ar reaquecido, estimulação elétrica (como por exemplo por meio de alta frequência, micro-ondas, etc ), o conjunto de camadas depositadas nas etapas anteriores, não sendo esta relação limitativa da invenção. f) compactar por meio de pressão e calor as múltiplas camadas depositadas nas etapas a) a e) para a formação do painel em sua espessura final, não representado nas figuras.
[062] As partículas utilizadas são previamente classificadas por tamanho, sendo agrupadas as partículas de tamanhos similares para que as camadas que sejam formadas na estrutura do painel sejam as mais homogêneas possíveis em cada uma das camadas em relação ao tamanho das partículas. Estas partículas que são classificadas por tamanho e são agrupadas para formar pares de camadas de partículas de um tamanho similar no painel a se formar.
[063] Preferencialmente as camadas de partículas de maior tamanho serão depositadas na zona central do painel enquanto que as de menor tamanho serão depositadas progressivamente até as camadas externas do painel a se formar, a fim de que o acabamento do painel seja o mais regular possível. Este ordenamento facilitará para que as partículas de maior tamanho fiquem infiltradas dentro do painel e não sejam visíveis das camadas externas do mesmo, dando uma aparência estética de maior qualidade ao produto e evitando-se o defeito visual de telegrafado na face visível do painel das partículas de maior tamanho depositadas no interior do painel.
[064] Quando é realizada a contribuição de aglomerantes e/ou aditivos químicos ao processo de fabricação do painel estratificado da invenção, pode ser necessária a aplicação de pigmentos ou tintas que determinem uma cor final do dito painel ou de pelo menos uma das camadas do citado painel. A aplicação dos pigmentos ou tintas é feita de forma que vão ou não misturados com os aglomerantes e/ou aditivos.
Claims (20)
1. Procedimento de fabricação de painéis estratificados, cada painel tendo multicamadas e compreendendo uma combinação fibras e/ou partículas de madeira com pelo menos um aglomerante e/ou outros aditivos químicos, realizadas as ditas camadas mediante a deposição sobreposta das mesmas sobre uma esteira de transporte até formar uma manta que compreende fibras e/ou partículas em forma multicamada, na qual as camadas são fisicamente diferenciadas umas das outras, o dito procedimento caracterizado por compreender: - definir a espessura final do painel e sua densidade; - definir o número de camadas que vão conformar o painel; - selecionar, para cada camada a ser conformada, um material da camada a ser conformada, a dita seleção do material incluindo: a) selecionar fibras e/ou partículas; b) selecionar, para cada camada, a granulometria do material da camada; c) selecionar, para cada camada, uma relação entre o peso de material aglomerante e/ou outros aditivos químicos e o peso de fibras e/ou partículas, para ser utilizada no material da camada; e d) selecionar a porcentagem de umidade de cada camada da manta, na qual a ou as camadas exteriores que formarão o painel terão uma umidade máxima de 18% em relação ao peso seco do produto, e a ou as camadas interiores que formaram o painel terão um valor mínimo de umidade de 3% sobre o peso seco do produto, com uma diferença absoluta de umidades entre camadas contíguas que se situará na faixa entre 1 e 12 pontos em função do número de estratos que formam a manta, com uma distribuição gradual de umidade das camadas externas até o centro geométrico do painel; e) preparar cada camada, que compreende a adição de fibras e/ou partículas com material aglomerante e/ou outros aditivos químicos, até formar uma massa homogênea na qual seu peso por m2 da mesma é o resultado do produto da densidade do material sem umidade multiplicado pela espessura de cada camada e incrementado com a porcentagem de umidade correspondente à dita camada; f) depositar de maneira sobreposta e escalonada as camadas previamente definidas pelo peso por m2 de cada uma delas tal e como definidas no parágrafo anterior, depósito que é realizado sobre uma esteira transportadora até a final formação de uma manta definida pela sobreposição de múltiplas camadas que compreendem fibras e/ou partículas e onde o número de camadas totais incluídas na dita manta é igual ou superior a 4; g) pré-compactar e opcionalmente preaquecer a manta que compreende fibras e/ou partículas misturadas com substâncias aglomerantes e/ou outros aditivos químicos depositados sobre a esteira transportadora; h) compactar mediante pressão e calor a manta que compreende fibras e/ou partículas misturadas com substâncias aglomerantes e/ou outros aditivos químicos depositados e pré-compactados nas fases anteriores até a formação do painel final onde a soma de densidades de material das camadas externas até o centro geométrico do painel são substancialmente similares a ambos os lados do painel final fabricado.
2. Procedimento de fabricação de painéis estratificados, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as camadas para um e para outro lado do centro geométrico do painel conformarem um painel assimétrico pela espessura das camadas e/ou material empregado nas mesmas e/ou pelo número de camadas depositadas.
3. Procedimento de fabricação de painéis estratificados, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as camadas para um e para outro lado do centro geométrico do painel conformarem um painel simétrico conformado por pares de camadas similares para ambos os lados do centro geométrico.
4. Procedimento de fabricação de painéis estratificados, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a diferença absoluta de umidades entre camadas contíguas estar compreendida entre 1 a 10.
5. Procedimento de fabricação de painéis estratificados, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a diferença entre a soma de densidades de material das camadas externas até o centro geométrico do painel entre as duas metades geométricas do painel final fabricado ter uma diferença máxima entre as duas metades de 10%.
6. Procedimento de fabricação de painéis estratificados, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o centro geométrico do painel coincidir com um plano de separação entre camadas do painel ou estar incluído dentro da espessura de uma camada, dividindo a dita camada em duas zonas, cada uma das quais considerada, para a soma das densidades, como pertencente a uma ou a outra zona do painel obtido.
7. Procedimento de fabricação de painéis estratificados, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por pelo menos uma das camadas externas do painel ser realizada por meio de fibras.
8. Procedimento de fabricação de painéis estratificados, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por pelo menos uma das camadas externas do painel ser realizada por meio de partículas.
9. Procedimento de fabricação de painéis estratificados, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os aglomerantes serem selecionados do grupo que consiste em resinas termoestáveis, fenoplásticas e/ou aminoplásticas e/ou isocianatos orgânicos que têm pelo menos dois grupos isocianato, em resinas termoplásticas e em biorresinas, ou combinações entre elas.
10. Procedimento de fabricação de painéis estratificados, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por pelo menos uma das faces exteriores do painel ser recoberta por meio de laqueado e/ou revestimento de PVC e/ou papéis impregnados em resinas e/ou chapas naturais e/ou HPL (High Pressure Laminated).
11. Procedimento de fabricação de painéis estratificados, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, com a contribuição de aglomerantes e/ou aditivos químicos ao processo de fabricação do painel estratificado, serem aplicados pigmentos ou tintas que determinam a cor final do dito painel ou de pelo menos uma das camadas do painel citado.
12. Procedimento de fabricação de painéis estratificados, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a diferença absoluta de umidades entre camadas contíguas estar compreendida entre 1 a 7.
13. Procedimento de fabricação de painéis estratificados, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a diferença absoluta de umidades entre camadas contíguas estar compreendida entre 1 a 2.
14. Procedimento de fabricação de painéis estratificados, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a diferença entre a soma de densidades de material das camadas externas até o centro geométrico do painel entre as duas metades geométricas do painel final fabricado ter uma diferença máxima entre as duas metades de 5%.
15. Procedimento de fabricação de painéis estratificados, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a diferença entre a soma de densidades de material das camadas externas até o centro geométrico do painel entre as duas metades geométricas do painel final fabricado ter uma diferença máxima entre as duas metades de 3%.
16. Painel simétrico estratificado em que cada camada compreende uma combinação de fibras e/ou partículas com pelo menos um aglomerante realizado conforme definido no procedimento de fabricação da reivindicação 3, o painel estratificado caracterizado por ser conformado por meio de uma estrutura compreendendo: - camada externa de fibra; - camada interna de partículas que por sua vez se divide em: a) camada externa exterior de partículas finas; b) camada interna interior de partículas grossas; c) camada externa exterior de partículas finas; e d) camada externa de fibra.
17. Painel assimétrico estratificado caracterizado por cada camada compreender uma combinação de fibras e/ou partículas com pelo menos um aglomerante realizado por um procedimento conforme definido na reivindicação 1.
18. Painel estratificado, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por compreender camadas externas de fibras, enquanto que seu interior se divide em uma camada central de partículas e respectivas camadas de partículas em ambos os lados da camada central, e as partículas da camada central são maiores que as partículas das camadas que estão em ambos os lados da camada central.
19. Painel estratificado, fabricado conforme o procedimento definido na reivindicação 1, caracterizado por as camadas serem depositadas de modo que o painel final ser um painel assimétrico estratificado, e a soma de densidades de material das camadas externas até o centro geométrico do painel são substancialmente similares a ambos os lados do painel final fabricado.
20. Painel estratificado, fabricado conforme o procedimento definido na reivindicação 1, caracterizado por as camadas serem depositadas de modo que o painel final ser um painel simétrico estratificado, e a soma de densidades de material das camadas externas até o centro geométrico do painel são substancialmente similares a ambos os lados do painel final fabricado.
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