EP0404679A1 - Matériau de construction obtenu à partir de résidus végétaux et son procédé d'obtention - Google Patents

Matériau de construction obtenu à partir de résidus végétaux et son procédé d'obtention Download PDF

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    • B27N3/14—Distributing or orienting the particles or fibres
    • B27N3/143—Orienting the particles or fibres

Definitions

  • the present invention relates to a building material obtained from plant residues, and having uses similar to those of wood, and to the process for obtaining it.
  • the present invention aims to provide a product which is compact and vacuum-free, and obtained by a simple process, from inexpensive raw materials.
  • the object of the invention is to provide a less expensive and more available material than solid wood, and yet capable of replacing it in all its uses, and even to be used in structures where the importance of the efforts does not allow the use of even the hardest woods.
  • the invention provides a building material obtained from plant residues, characterized in that it is formed from plant fibers impregnated with a binder and grouped in bundles, of parallel fibers, each bundle having the shape of an oblique parallelepiped, having four faces parallel to each other two by two and parallel to the fibers, and two end faces parallel to each other and making an angle of 30 to 60 ° approximately with the fibers, the packages being arranged in superposed layers , each layer comprising several packages of substantially the same dimensions and in contact with their end faces, the end faces of the packages of a layer being offset with respect to the end faces of the packages of an adjacent layer, and the packages being linked to each other using the binder that permeates the fibers, to form a block.
  • the vegetable fibers can be sugarcane, jute, hemp, flax, cotton or kapok fibers. Preferably, however, these are coconut fibers.
  • the binder is a polyurethane adhesive.
  • the invention also provides a process for obtaining a product as described above, and which comprises the following steps: - dip the fibers in the binder, - arrange in a mold the fibers impregnated with binder and grouped in bundles and layers, - press the fibers inside the mold, until at least partial polymerization of the binder, - if necessary, finish the polymerization and proceed with drying out of the mold.
  • the binder with which the fibers are impregnated is a one-component polyurethane adhesive.
  • the fibers are practically independent of each other in the mass of non-polymerized binder, they can bend and move relative to each other, in particular at the limits of the adjacent bundles, which has the effect of filling the voids between bundles, and to overlap adjacent bundle fibers.
  • coconut fibers which are very small in diameter: 0.10 to 0.40 mm.
  • Another advantage of these fibers is their resistance insects and other pests that attack wood or bamboo.
  • the block 1 is formed of a number of layers 2 each consisting of a series of packages 3 formed of parallel fibers.
  • Each package has the shape of a geometric volume limited by an upper face 4 and a parallel lower face, not visible, which extend from one side to the other of the block, two lateral faces of which only one 5 is visible and which coincide with the sides of the block, and end faces 6 which are, in the example chosen, inclined at approximately 45 ° on the plane of the upper and lower faces, this angle could vary, in practice, between 30 and 60 ° about.
  • packages 3 are prepared using fibers dipped in unpolymerized or incompletely polymerized binder.
  • the packages are placed in a mold, which, in the example chosen, has rectangular faces, the packages being arranged in successive layers, taking care to offset the end faces 6 from one layer to the other, to prevent formation lines of weakness, then a pressure is exerted on the mold so as to obtain a homogeneous block, and the assembly is left in the mold until sufficient hardening so that the polymerization can be completed outside the mold.
  • the material obtained is suitable for replacing wood, especially when it is intended to withstand great efforts. It is rot-proof, waterproof, resistant to bad weather, not reacting to large changes in temperature, unassailable by insects. It offers the advantage of being able to be worked like wood (sawing, sanding, varnishing, etc.). Its flexural strength exceeds that of reinforced concrete, its density is lower than that of water, its thermal resistance ranges from -20 ° C to 120 ° C. Its rot-proof and waterproof character and its variable forms depending on the molds used make it possible to advise it in the nautical and aeronautical fields.
  • Two workers can mold an average of 5 m3 per day, depending on the organization of the work, and even much more.
  • the figure shows a block 1 roughly in the shape of a parallelepiped. It should however be observed that the process makes it possible to obtain blocks of various shapes, and even of very complex shapes. It is enough to provide the mold accordingly.
  • the packages located far from the walls of the mold have roughly the shape of a parallelepiped, while the packages intended to be placed near the walls may have a different shape .
  • the packages are arranged so that the fibers bypass the cores provided for this purpose in the mold, or even wrap around them. It is obviously the same if the block must include inserts, for example metallic. The flexibility of the fibers allows, therefore, a wide variety of manufacturing.

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Abstract

Matériau de construction obtenu à partir de résidus végétaux dans une matrice de résine et apte à remplacer le bois massif.
Ce matériau est formé à partir de fibres végétaux, par exemple de canne à sucre, juge, chanvre, lin, coton, kapok, de préférence de fibres de noix de coco. Les fibres, de préférence préalablement trempées dans la résine, sont groupées en paquets (3), à faces terminales (6) obliques. Les paquets sont groupés en couches successives (2), les joints entre paquets étant décalés d'une couche à l'autre. L'ensemble est mis en place dans un moule, on y ajoute éventuellement la résine, on le presse, puis on fait durcir la résine jusqu'à obtention de la forme désirée.

Description

  • La présente invention est relative à un matériau de construction obtenu à partir de résidus végétaux, et ayant des usages analogues à ceux du bois, et à son procédé d'obtention.
  • La technique utilisée jusqu'à présent pour obtenir des matériaux de ce genre se limite aux agglomérés de fibres de bois ou sciures de bois, assemblés entre eux par un liant. Cette méthode opératoire donne un produit fini dont le domaine d'utilisation est très restreint. L'apparition de nouveaux liants très performants n'a réussi qu'à améliorer sa résistance aux intempéries et à l'usure, mais la résistance mécanique aux efforts importants auxquels le bois est généralement soumis demeure insuffisante.
  • Le bois dur devenant de plus en plus rare et cher, son abattage massif mettant en péril l'équilibre écologique de la terre, il est nécessaire de le remplacer.
  • On a proposé, voir US-A-4.608.106, de constituer des poutres en collant entre elles des planches dont la surface d'extrémité est coupée obliquement par rapport à la surface principale. Cette technique est coûteuse, d'autant plus qu'il faut une exécution soignée pour éviter la formation de vides aux jonctions entre planches.
  • On a aussi proposé, dans FR-A-2.024.078, un produit formé à partir de bandes plates extraites de tiges de bambou, et tressées, les tresses étant ensuite réunies par pressage et collage pour former des panneaux. Cette technique ne permet pas d'éviter la formation de vides entre tresses adjacentes, en plus elle exige une opération de découpage pour obtenir les bandes plates à partir des tiges du bambou.
  • La présente invention a pour but de fournir un produit qui soit compact et sans vide, et obtenu par un procédé simple, à partir de matières premières peu coûteuses.
  • Le but de l'invention est de fournir un matériau moins coûteux et plus disponible que le bois massif, et cependant apte à le remplacer dans tous ses usages, et même à être utilisé dans des structures où l'importance des efforts ne permet pas l'usage des bois même les plus durs.
  • Pour obtenir ce résultat, l'invention fournit un matériau de construction obtenu à partir de résidus végétaux, caractérisé en ce qu'il est formé à partir de fibres végétales imprégnées d'un liant et groupées par paquets, de fibres parallèles, chaque paquet ayant la forme d'un parallélépipède oblique, ayant quatre faces parallèles entre elles deux à deux et parallèles aux fibres, et deux faces terminales parallèles entre elles et faisant un angle de 30 à 60° environ avec les fibres, les paquets étant disposés en couches superposées, chaque couche comprenant plusieurs paquets sensiblement de mêmes dimensions et en contact avec leurs faces terminales, les faces terminales des paquets d'une couche étant décalées par rapport aux faces terminales des paquets d'une couche adjacente, et les paquets étant liés entre eux à l'aide du liant qui imprègne les fibres, pour former un bloc.
  • Les fibres végétales peuvent être des fibres de canne à sucre, de jute, de chanvre, de lin, de coton ou de kapok. De préférence, cependant, ce sont des fibres de noix de coco.
  • Avantageusement, le liant est une colle polyuréthane.
  • L'invention fournit encore un procédé d'obtention d'un produit tel que décrit ci-dessus, et qui comprend les étapes suivantes :
    - tremper les fibres dans le liant,
    - disposer dans un moule les fibres imprégnées de liant et groupées en paquets et en couches,
    - presser les fibres à l'intérieur du moule, jusqu'à polymérisation au moins partielle du liant,
    - éventuellement, terminer la polymérisation et procéder à un séchage hors du moule.
  • En variante, on peut opérer de la façon suivante :
    - disposer dans un moule les fibres non imprégnées de liant groupées en paquets et en couches,
    - fermer le moule et y introduire le liant pour imprégner les fibres,
    - presser les fibres à l'intérieur du moule jusqu'à polymérisation au moins partielle du liant,
    - éventuellement, terminer la polymérisation et procéder à un séchage hors du moule.
  • Ceci exige un liant ayant initialement une bonne fluidité, et un moule conçu pour évacuer l'air.
  • De préférence, le liant avec lequel on imprègne les fibres est une colle de polyuréthane mono-composant.
  • Suivant une modalité intéressante surtout pour des formes complexes et pour faciliter la mise en place des fibres dans le moule, on lie ensemble des paquets successifs à l'aide de fibres placées autour de leur jonction ou avec un liant. On forme ainsi des sortes de cordes plus faciles à mettre en place.
  • Comme les fibres sont pratiquement indépendantes les unes des autres dans la masse de liant non polymérisé, elles peuvent fléchir et se déplacer les unes par rapport aux autres, notamment aux limites des paquets adjacents, ce qui a pour effet de combler les vides entre paquets, et d'assurer un chevauchement contre fibres de paquets adjacents.
  • Cela est particulièrement vrai avec des fibres de noix de coco, qui sont de très petit diamètre : 0,10 à 0,40 mm.
  • Un autre avantage de ces fibres est leur résistance aux insectes et autres parasites qui s'attaquent au bois ou au bambou.
  • L'invention va être exposée de façon plus précise à l'aide d'un exemple pratique illustré à l'aide de la figure unique, qui est une vue en perspective d'un bloc de matériau conforme à l'invention.
  • Comme le montre la figure, le bloc 1 est formé d'un certain nombre de couches 2 constituées chacune d'une série de paquets 3 formés de fibres parallèles. Chaque paquet a la forme d'un volume géométrique limité par une face supérieure 4 et une face inférieure parallèle, non visible, qui s'étendent d'un côté à l'autre du bloc, deux faces latérales dont une seule 5 est visible et qui coïncident avec les côtés du bloc, et des faces terminales 6 qui sont, dans l'exemple choisi, inclinées à 45° environ sur le plan des faces supérieure et inférieure, cet angle pourrait varier, dans la pratique, entre 30 et 60° environ. Pour obtenir un tel bloc, on prépare des paquets 3 à l'aide de fibres trempées dans du liant non polymérisé ou incomplètement polymérisé. On place les paquets dans un moule, qui, dans l'exemple choisi, est à faces rectangulaires, les paquets étant disposés par couches successives en prenant soin de décaler les faces terminales 6 d'une couche à l'autre, pour empêcher la formation de lignes de faiblesse, puis on exerce une pression sur le moule de façon à obtenir un bloc homogène, et on laisse l'ensemble dans le moule jusqu'à un durcissement suffisant pour que la polymérisation puisse s'achever hors du moule.
  • Le matériau obtenu est apte à remplacer le bois, notamment lorsqu'il est destiné à supporter de grands efforts. Il est imputrescible, imperméable, réfractaire aux intempéries, ne réagissant pas aux grands changements de température, inattaquable par les insectes. Il offre l'avantage de pouvoir être travaillé comme le bois (sciage, ponçage, vernissage, ..). Sa résistance en flexion dépasse celle du béton armé, sa densité est inférieure à celle de l'eau, sa résistance thermique va de -20°C à 120°C. Son caractère imputrescible et imperméable et ses formes variables suivant les moules utilisés permettent de le conseiller dans le domaine nautique et aéronautique.
  • D'autre part, sa production ne dégage ni fumée, ni vapeur toxique.
  • Lorsque le matériau est réalisé avec de la colle polyuréthane mono-composant, il est inattaqué par les bases, les sels, les huiles, les essences et la plupart des acides. De plus, cette colle a une prise très lente, ce qui permet de mieux fignoler le travail, surtout la disposition des fibres.
  • Deux ouvriers peuvent mouler en moyenne 5 m³ par jour, suivant l'organisation du travail, et même beaucoup plus.
  • La figure montre un bloc 1 à peu près en forme de parallélépipède. On doit cependant observer que le procédé permet d'obtenir des blocs de formes variées, et même de formes très complexes. Il suffit de prévoir le moule en conséquence. Dans le cas de l'élaboration d'un bloc de forme complexe, les paquets situés loin des parois du moule ont à peu près la forme d'un parallélépipède, alors que les paquets destinés à être posés près des parois pourront avoir une forme différente. En particulier, si on désire obtenir un bloc comportant des cavités ou des trous de passage, par exemple pour des moyens de fixation, on dispose les paquets de façon que les fibres contournent les noyaux prévus à cet effet dans le moule, ou même s'enroulent autour d'elles. Il en est évidemment de même si le bloc doit comporter des inserts, par exemple métalliques. La souplesse des fibres permet, par conséquent, une grande variété de fabrications.

Claims (8)

1. Matériau de construction obtenu à partir de résidus végétaux, caractérisé en ce qu'il est formé à partir de fibres végétales imprégnées d'un liant et groupées par paquets (3), de fibres parallèles, chaque paquet ayant la forme d'un parallélépipède oblique, ayant quatre faces (4, 5) parallèles entre elles deux à deux et parallèles aux fibres, et deux faces terminales (6) parallèles entre elles et faisant un angle de 30 à 60° environ avec les fibres, les paquets étant disposés en couches superposées (2), chaque couche comprenant plusieurs paquets sensiblement de même dimension et en contact par leurs faces terminales, les faces terminales des paquets d'une couche étant décalées par rapport aux faces terminales des paquets d'une couche adjacente, et les paquets étant liés entre eux à l'aide de liant qui imprègne les fibres, pour former un bloc.
2. Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres sont des fibres de canne à sucre , de jute, de chanvre, de lin, de coton ou de kapok.
3. Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres sont des fibres de noix de coco.
4. Matériau selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le liant est une colle polyuréthane.
5. Procédé d'obtention d'un matériau selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- tremper les fibres dans le liant,
- disposer les fibres imprégnées de liant dans un moule et groupées en paquets (3) et en couches (2),
- presser les fibres à l'intérieur du moule, jusqu'à polymérisation au moins partielle du liant,
- éventuellement, terminer la polymérisation et procéder à un séchage hors du moule.
6. Procédé d'obtention d'un matériau selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- disposer dans un moule les fibres non imprégnées de liant groupées en paquets et en couches,
- fermer le moule et y introduire le liant pour imprégner les fibres,
- presser les fibres à l'intérieur du moule jusqu'à polymérisation au moins partielle du liant,
- éventuellement, terminer la polymérisation et procéder à un séchage hors du moule.
7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que pour faciliter la mise en place des fibres dans le moule, on lie ensemble des paquets successifs à l'aide de fibres placées autour de leur jonction ou avec un liant.
8. Procédé selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le liant dans lequel on imprègne les fibres est une colle de polyuréthane mono-composant.
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