EP0532376A2

EP0532376A2 - Procédé de fabrication de tuyaux cylindriques à base de placages de bois, et produit obtenu

Info

Publication number: EP0532376A2
Application number: EP92402269A
Authority: EP
Inventors: Daniel M. Plagne
Original assignee: Sa Profilocean
Current assignee: Sa Profilocean
Priority date: 1991-08-13
Filing date: 1992-08-12
Publication date: 1993-03-17
Also published as: FR2680334B1; FR2680334A1; EP0532376A3

Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication de tuyaux cylindriques à base de placages de bois, dans lequel, dans une première phase on réalise un premier pressage dans une presse à plat d'au moins un assemblage de placages pour former un multipli, on laisse ce multipli se déformer en tuile à la sortie de la presse, et dans une seconde phase on presse ce multipli dans une presse d'assemblage pour former le cylindre, le multipli comportant au moins trois plis, sa structure étant asymétrique, une face du multiplis étant constituée d'un placage (1) dont la direction du fil de la fibre de bois est parallèle à l'axe du cylindre à former, l'autre face étant constituée d'un placage (2) dont la direction du fil est perpendiculaire à l'axe du cylindre, la déformation en tuile à la sortie de la presse à plat étant telle qu'elle correspond à un cintrage de rayon sensiblement égal au rayon du tuyau à fabriquer, le pressage de la seconde phase consistant essentiellement à relier les extrémités d'au moins ce multipli. <IMAGE>

Description

La présente invention concerne un procédé de fabrication de tuyaux cylindriques à base de placages de bois.
Dans l'état actuel de la technique, par pressage autour d'un mandrin cylindrique à l'aide de deux moules semi-cylindriques, on relie l'un à l'autre par leurs bordures longitudinales deux empilages de placages encollés pour ne plus former qu'un seul cylindre.
Un procédé actuellement utilisé consiste à empiler plusieurs placages encollés fil sur fil, c'est-à-dire avec leur fil du bois respectif parallèle à celui des autres, et de telle sorte que ce sens du fil soit parallèle à l'axe du mandrin central. Ce double parallélisme, d'une part des fils entre eux, d'autre part des fils avec l'axe central, est nécessaire pour permettre une souplesse suffisante pour le formage. Les deux moules semi-cylindriques chauffants sont rapprochés et viennent resserrer les deux ensembles d'empilage autour du mandrin central : au début le formage se fait à froid, avant que les calories en provenance des moules n'aient fait durcir la colle, puis le durcissement se fait alors que l'ensemble ne forme plus qu'un seul cylindre. Les deux ensembles d'empilage ont été réalisés en dimension telle que la somme de leurs deux largeurs est égale ou légèrement supérieure à la circonférence du mandrin central. Le pointage des bordures parallèles à l'axe se faisant alors soit par simple accostage, soit par recouvrement.
Le cylindre ainsi obtenu, après ouverture des deux demi-moules et dégagement du mandrin central, possède une grande résistance à la flexion qui fait travailler les fibres parallèlement à leur fil, c'est-à-dire en élongation où la valeur est maximale, mais une faible résistance à la traction qui fait travailler les fibres perpendiculairement à leur fil, c'est-à-dire en arrachement où la valeur est minimale. En particulier, les cylindres ainsi réalisés résistent mal à des pressions internes en cours d'usage.
On connait du document US-A-2 449 526 la fabrication de tuyaux cylindriques à partir de plusieurs placages à deux plis de direction de fil du bois différente pouvant se cintrer naturellement, l'épaisseur des placages double plis étant telle qu'elle permet le pliage supplémentaire du placage à l'aide d'une presse pour lui donner la courbure du cylindre à fabriquer par utilisation de plusieurs placages double plis superposés. Au cours de ce pliage supplémentaire, les placages sont soumis à des contraintes qui se révèlent finalement néfastes vis-à-vis de la résistance à la compression et à la traction des tuyaux fabriqués.
L'invention propose un procédé de fabrication de tuyaux cylindriques à base de placages de bois qui met à profit les caractéristiques d'anisotropie du bois sans créer de contraintes de pliage supplémentaire.
Selon la procédé de l'invention, on utilise en tant que produit de départ au moins un assemblage destiné à former un multiplis à au moins trois plis, de structure asymétrique, une face extérieure du multipli étant constituée d'un placage en bois dont la direction du fil de la fibre de bois est parallèle à l'axe du cylindre à former, l'autre face extérieure du multipli étant constituée d'un placage en bois dont la direction du fil de la fibre de bois est perpendiculaire à l'axe du cylindre, on réalise un pressage dans une presse à plat d'au moins cet assemblage, on laisse ensuite le multipli obtenu se déformer en tuile à la sortie de la presse pour qu'il prenne un cintrage de rayon sensiblement égal au rayon définitif du cylindre à fabriquer, et on relie les extrémités d'au moins ce multipli dans une presse d'assemblage. Bien entendu, toutes les faces des placages en bois destinées à venir au contact d'un élément entrant dans la composition du multipli sont encollées.
Le cintrage du multipli selon l'invention est donc essentiellement réalisé par le phénomène de cintrage naturel du multipli asymétrique, et il ne fait pas appel à des contraintes de pliage supplémentaires. Le produit obtenu par ce procédé présente alors de très bonnes caractéristiques mécaniques, notamment une très bonne résistance à la traction et à la compression.
Lorsque le multipli de départ est un assemblage de trois plis, le troisième pli, intercalaire, peut être un placage en bois encollés analogue à un des deux plis extérieurs au choix selon le cintrage désiré, sachant qu'un pli intercalaire présentant un fil de fibre parallèle à l'axe du cylindre c'est-à-dire parallèle à la plus grande dimension du placage va accentuer le cintrage. Au contraire, le choix d'un pli intercalaire de direction de fil perpendiculaire va entraîner une diminution du cintrage. Dans une variante, le troisième pli est un pli intercalaire qui n'est pas un placage en bois. Ce pli désigné par la suite par séparateur favorise le glissement relatif des deux plis extérieurs durant le cintrage.
Ce séparateur est en un matériau différent du bois, ce peut être un film non tissé ou aiguilleté en matière plastique tel qu'un polyester.
Le rayon de courbure du cintrage naturel obtenu à partir des multiplis asymétriques selon l'invention dépend de différents paramètres, parmi lesquels : l'épaisseur des placages, la matière ou qualité du bois de placage, le nombre de placages, la répartition de ces placages selon l'orientation du fil de la fibre de bois dans le multiplis, sachant que dans le multipli utilisé dans le cadre de l'invention, les placages ayant même orientation du fil de la fibre de bois sont de préférence adjacents entre eux.
Les placages utilisés comme éléments constitutifs du multipli selon l'invention présentent une épaisseur comprise entre 0,5 et 3 mm et de préférence entre 0,5 et 2,5 mm. La longueur et la largeur des placages sont directement liées au dimension du cylindre à fabriquer comme expliqué ci-après.
Le cintrage s'effectue naturellement autour d'un axe parallèle à la plus grande dimension (longueur) des placages et avec une concavité orientée du côté du placage extérieur ayant le fil de la fibre de bois parallèle à la longueur des placages. De sorte que la largeur choisie pour le placage correspond alors à la circonférence du cylindre à fabriquer lorsque le cylindre est formé à partir d'un seul multipli.
Lorsque le cylindre est formé à partir de 2 ou 3 ou 4, etc... multiplis disposés les uns à côté des autres pour former un cercle, la largeur des multiplis est alors une fraction égale à l'inverse d'un nombre entier, c'est-à-dire égale au $\frac{1}{2}$
ou $\frac{1}{3}$
ou $\frac{1}{4}$
, etc, de la circonférence du cylindre.
Le nombre de placages à fil de la fibre de bois orienté dans la direction de l'axe du cylindre est de préférence supérieur au nombre de placages à fil perpendiculaire.
Comme indiqué précédemment, le rayon de cintrage obtenu naturellement dépend de différent paramètre et donc de la structure (constitution, disposition, etc...) de l'assemblage de départ.
A titre d'exemples, un multiplis constitué de deux placages rectangulaires de 2,5 m x 1,25 m à direction de fil perpendiculaire l'un par rapport à l'autre, de 1 à 1,5 mm d'épaisseur, en bois tendre, séparés par un séparateur de 1 mm constitué d'un non tissé en polyester, se cintre à la sortie de la presse à plat avec un rayon de cintrage final compris entre 75 et 150 mm environ, alors qu'un multiplis constitué de deux placages adjacents à fil de bois parallèle à la longueur et un placage à fil de bois perpendiculaire séparé des deux autres par un séparateur en non tissé de polyester se cintre à la sortie de la presse à plat avec un rayon de cintrage d'environ 200 mm, ceci pour des épaisseurs de placage en bois tendre compris entre 1 à 1,5 mm environ.
Lorsqu'on passe à un assemblage de 3 placages adjacents en bois tendre de 1,5 à 2 mm d'épaisseur présentant un fil de fibre de bois parallèle à la longueur et deux placages présentant un fil perpendiculaire, séparés des 3 autes par le même séparateur que précédemment, le rayon de cintrage obtenu est de 250 mm environ. Ce même assemblage en bois dur donne un rayon de cintrage de 500 mm environ.
La tendance naturelle au cintrage des multiplis asymétriques selon l'invention est accentuée selon que, dans l'empilage de placages considérés, l'épaisseur ou la densité de l'essence d'un ou plusieurs d'entre eux sont modifiées dans un sens ou dans l'autre.
Selon une caractéristique du procédé, un feuil synthétique quelconque comme par exemple un papier imprégné de résine formo-phénolique peut être apouté à la composition de l'empilage soit du côté destiné à devenir la concavité de la tuile, soit de l'autre où il constituera une peau étanche et dure en ayant participé, si la direction de sa propre fibre constitutive a été bien mise en oeuvre, à la déformation en tuile souhaitée. Ce feuil n'est pas considéré comme pli selon l'invention.
Lors de la seconde phase, il suffit de placer le cylindre ouvert obtenu dans une presse d'assemblage. Cette presse d'assemblage est constituée d'un mandrin intérieur chauffant simple qui n'a pas besoin d'être cylindrique mais peut-être seulement plat avec deux extrémités réactives et un mandrin extérieur chauffant dont la condition nécessaire et suffisante pour être efficace est d'être un arc de cercle de diamètre égal à celui du cylindre à fabriquer : ce mandrin extérieur sera assorti d'une cale éventuellement chauffante de courbure égale placée symétriquement à l'extrémité diamètralement opposée de la presse. Il suffira en effet de rapprocher les deux mandrins extérieurs pour que les deux bordures des contreplaqués parallèles à l'axe longitudinal de la tuile, guidées par le mandrin chauffant de courbure adéquate, soient rapprochées et viennent se souder l'une à l'autre pendant que l'ensemble prend naturellement une forme parfaitement cylindrique aidé en cela par l'action simultanée de la cale opposée. On aura pris soin de placer au niveau du mandrin courbe chauffant, parallèlement à la génératrice du cylindre final, à l'intérieur ou à l'extérieur, soit un ou plusieurs placage(s) encollé(s) de longueur égale à celle du dit cylindre final, soit une pièce en forme encollée ; un second placage identique pourra être placé aussi à l'extérieur ou à l'intérieur si l'usage final du cylindre ne s'y oppose pas. Le pressage à chaud ainsi réalisé permet d'obtenir une fermeture définitive du cylindre souhaité. Afin que ce cylindre soit équilibré, on pourra coller, du côté diamétralement opposé, à l'aide de la cale qui s'y trouve à cet effet, à l'intérieur ou l'extérieur un assemblage identique au(x) précédent(s).
On obtient ainsi un cylindre qui a l'avantage, tout en ayant une résistance suffisante en flexion grâce au(x) placage(s) dont la direction du fil est parallèle à l'axe principal, de posséder une résistance en traction élevée grâce au(x) placage(s) dont la direction du fil perpendiculaire à l'axe du cylindre est telle qu'une pression intérieure en fera travailler la fibre en élongation, c'est-à-dire avec des valeurs de résistance maximale.
Dans une variante du procédé, on peut utiliser la cale chauffante placée du côté diamétralement opposé au premier mandrin extérieur, non pour coller un équilibrage, mais pour associer entre eux deux multiplis asymétriques déformés en tuiles. Ceci présente l'intérêt, lorsque l'on est limité en largeur de presse à plat, de pouvoir fabriquer des cylindres de plus grand diamètre. Par exemple si la presse à plat a une largeur de 1500 mm on ne peut réaliser que des cylindres dont le diamètre maximal est égal à 1500 mm/3,1416, donc un peu moins de 50 centimètres;
par contre, si on peut associer deux multiplis, on peut réaliser dans ce cas des cylindres de diamètre maximal de $\frac{2 x 1500}{3,1416}$
, soit environ 1 mètre.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront dans la description d'exemples faite en référence aux figures.

La figure 1 représente la première phase de fabrication, c'est-à-dire celle du multipli asymétrique plan.
La figure 2 représente, en coupe, la seconde phase de fabrication, c'est-à-dire celle du cylindre lui-même dans une presse d'assemblage spécialement conçue à cet usage.
La figure 3 représente, en coupe, une variante du procédé.

En référence à la figure 1, on associe des placages de bois encollés 1 dont la direction du fil du bois est parallèle à leur plus grande dimension dans le plan, à un moins grand nombre de placages encollés 2 dont la direction du fil est perpendiculaire à celui des deux précédents.
Selon une variante préférée, on place entre les placages 1 et les placages 2 un séparateur 9 de 1 mm d'épaisseur en un non tissé de polyester, par exemple le produit commercialisé sous l'appellation BIDIM par la société Rhône-Poulenc. Ce séparateur permet un meilleur glissement relatif des placages 1 vis-à-vis des placages 2 et donc facilite le cintrage ultérieur naturel.
Selon une autre variante, on pourra en outre dans les deux cas précédents associer un papier imprégné de résine synthétique 3 dont la direction de la fibre, si elle est connue, sera préférentiellement placée parallèlement à celle de la fibre des placages 1.
L'ensemble est placé dans une presse chaude à plat, à une pression suffisante et le temps nécessaire pour que les résines soient bien polymérisées. A l'ouverture de la presse plate, le parallélépipède plan obtenu est sorti et placé dans l'atmosphère ambiante. Les variations de température et d'humidité, et, d'une manière générale, la libération des contraintes internes consécutives à l'asymétrie de sa constitution et à la grande différence de tendance aux variations dimensionnelles ainsi provoquée entre les deux axes de son plan provoquent la déformation naturelle du parallélépipède en une tuile 4 ici en forme de demi cercle. La déformation du multipli pouvant aller jusqu'à former un cercle complet, cette déformation étant plus prononcée si les épaisseurs et/ou densités de certains des placages 1 sont supérieures à celles des placages 2.
En référence à la figure 2, on place une tuile 4 formant un cercle dans une presse d'assemblage de telle sorte que la partie ouverte de la tuile 4 se présente en face du mandrin extérieur chauffant 5 qui est en forme d'arc de cercle dont le rayon de courbure est égal à la moitié du diamètre du cylindre final désiré.
Un ou plusieurs placage(s) encollé(s) ou une pièce en forme encollée 6, éventuellement doublé(s) d'un papier imprégné identique au précédent, sont placé(s) le long du mandrin 5, préférentiellement avec la direction de ses fibres perpendiculaire à l'axe du cylindre. Une cale 7 de courbure égale est située symétriquement, c'est-à-dire à l'extrémité diamétralement opposée de la presse.
Un mandrin intérieur 8, de dimension au plus égale à la valeur du diamètre final souhaité, est conçu de telle façon qu'il puisse réagir face aux pressions des mandrins extérieurs 5 et 7.
Lorsque l'on ferme la presse, l'action du mandrin courbe 5 provoque naturellement la fermeture du multipli 4 selon un cylindre parfait de diamètre égal à la valeur du rapport de sa largeur divisée par le nombre π =3,1416 ; l'ensemble étant maintenu par le mandrin 7. La pression obtenue par le contact entre le mandrin 5 et le mandrin 8 et la température correspondante sont maintenues le temps nécessaire à la polymérisation de l'encollage de l'assemblage 6 : celui-ci provoque le scellement du multipli refermé sous presse.
A l'ouverture de la presse, on dégage un tuyau parfaitement cylindrique.
Si l'on souhaite que le cylindre soit équilibré autour de son axe principal, on place au début des opérations un second assemblage 9 identique et en position diamétralement opposée à l'assemblage 6.
Dans une variante du procédé, et en référence à la figure 3, on peut placer, non plus un seul multipli tuilé, mais deux multiplis tuilés, de largeurs égales et telles que leur somme soit elle-même égale au développé du cylindre final souhaité. Leurs bords seront soudés à l'aide d'un assemblage 9.
A titre de premier exemple non-limitatif et en référence à la figure 2, on fabrique un cylindre de longueur 2500 mm, de diamètre 400 mm et d'épaisseur de paroi de 3,3 mm à surface intérieure stratifiée formo-phénolique. Dans ce but, on réalise dans une presse plate ayant des plateaux d'un peu plus de 2500 mm de long sur 1300 mm de large un panneau multipli asymétrique avec deux placages 1 et un placage 2 séparés par un séparateur en non tissé polyester par exemple le produit commercialisé sous l'appellation BIDIM, les placages ont 1,15 mm d'épaisseur chacun, 2500 mm de long et 1256 mm de large et une feuille de papier imprégné phénolique 3 d'un grammage au m² adapté au besoin et de dimensions dans le plan de 2500 mm et 1256 mm. La réalisation du cylindre sera effectuée dans la presse spéciale par l'intermédiaire d'un mandrin 5 de rayon de courbure égal à 200 mm à l'aide d'un assemblage 6 de pointage de 2500 mm de long ayant une épaisseur et une largeur adaptées au besoin, associé à une feuille de papier imprégné de mêmes dimensions dans le plan. Un assemblage 9 identique à l'assemblage 6 sera préférentiellement mis en oeuvre.
A titre de second exemple non limitatif et en référence à la figure 3, on fabrique un cylindre de longueur 3100 mm, de diamètre 900 mm et d'épaisseur de paroi 5,3 mm à surface extérieure stratifiée formo-phénolique. Dans ce but, on réalise dans la presse plate possédant des plateaux d'un peu plus de 3100 mm de long et 1300 mm de large deux panneaux multiplis asymétriques à 5 + 1 plis avec deux placages 2 et trois placages 1 de 1,15 mm d'épaisseur chacun ainsi que 3100 mm de long et 1413 mm de large séparés par un séparateur en un polyester non tissé. Ces deux multiplis seront ensuite assemblés dans la presse spéciale à l'aide des assemblages 6 et 9 de pointage adapté.
Le procédé selon l'invention permet de fabriquer des tuyaux cylindriques utilisables dans différentes applications comme :

coffrage perdu de cylindres creux,
coffrage perdu ou restant en place et participant à la décoration de piliers pleins,
mandrin de bobines, par exemple bobines à papier,
coeur de touret pour enroulage de câble, fil, etc...
gaine d'aération,
tuyauterie de transport de fluides (grains, poudres diverses, etc...)

Claims

Procédé de fabrication de tuyaux cylindriques à base de placages de bois, dans lequel, dans une première phase on réalise un premier pressage dans une presse à plat d'au moins un assemblage de placages pour former un multipli, on laisse ce multipli se déformer en tuile à la sortie de la presse, et dans une seconde phase on presse ce multipli dans une presse d'assemblage pour former le cylindre, caractérisé en ce que le multipli comporte au moins trois plis, que sa structure est asymétrique, une face du multiplis étant constituée d'un placage (1) dont la direction du fil de la fibre de bois est parallèle à l'axe du cylindre à former, l'autre face étant constituée d'un placage (2) dont la direction du fil est perpendiculaire à l'axe du cylindre, qu'à la sortie de la presse à plat la déformation en tuile est telle qu'elle correspond à un cintrage de rayon sensiblement égal au rayon du tuyau à fabriquer, et en ce que le pressage de la seconde phase consiste essentiellement à relier les extrémités d'au moins ce multipli.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre de placages (1) est supérieur au nombre de placages (2).
Procédé selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on place un séparateur (10) entre les placages (1) et les placages (2).
Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le séparateur est en un polyester non tissé ou aiguilleté.
Procédé selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que tous les placages d'un même type (1) sont adjacents.
Procédé selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que dans la seconde phase on place la ou les tuile(s) (4) dans une presse d'assemblage permettant, grâce à au moins un mandrin extérieur chauffant (5), au moins un mandrin intérieur chauffant (8) et au moins une cale (7) chauffante, d'amener la ou les tuile(s) à une forme de cylindre parfait et de bloquer celui-ci grâce à un au moins des assemblage(s) (6) et (9) constitué(s) soit de un ou plusieurs placages encollés soit d'une pièce en forme encollée et disposé(s) à l'intérieur ou à l'extérieur.
Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les mandrins extérieurs chauffants (5) et (7) sont en forme d'arc de cercle de diamètre égal à celui du cylindre à fabriquer.
Procédé selon une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le mandrin intérieur chauffant (8) a une longueur égale au diamètre intérieur du cylindre final souhaité et deux extrémités convexes arrondies en arc de cercle de diamètre inférieur et au plus égal à celui des cylindres à fabriquer.
Procédé selon une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le multipli asymétrique réalisé dans la première phase a sa largeur, ou plus petite dimension dans le plan, égale au développement du cylindre final souhaité.
Procédé selon une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les multiplis asymétriques réalisés dans la première phase ont leur largeur ou plus petite dimension dans le plan, égale chacune à l'inverse d'un nombre entier du développé du cylindre final souhaité.
Procédé selon une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que tout ou partie des placages (1) ont une épaisseur supérieure à celle des placages (2).
Procédé selon une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que tout ou partie des placages (1) sont d'essence(s) de densité supérieure à celle(s) des placages (2).
Procédé selon une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'au moins un feuil imprégné de résine synthétique est situé sur la surface interne et/ou la surface externe du cylindre.
Tuyau cylindrique fabriqué selon l'une des revendications 1 à 13.