FR2520292A1 - Panneaux composites a base de fibres lignocellulosiques et de fibres de polyolefine, et leur procede de fabrication - Google Patents

Panneaux composites a base de fibres lignocellulosiques et de fibres de polyolefine, et leur procede de fabrication Download PDF

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Abstract

L'INVENTION A TRAIT AU DOMAINE DES PANNEAUX A BASE DE FIBRES. LE PANNEAU COMPOSITE SELON L'INVENTION EST ESSENTIELLEMENT CARACTERISE EN CE QU'IL COMPREND, EN POIDS, DE 40 A 90 DE FIBRES LIGNOCELLULOSIQUES ET DE 10 A 60 DE POLYOLEFINE PROVENANT DE FIBRES DE POLYETHYLENE OU DE POLYPROPYLENE, UNE TENEUR EN EAU PRATIQUEMENT NULLE, AINSI QUE TOUTES CHARGES MINERALES APPROPRIEES ET, EVENTUELLEMENT, UNE COUCHE SUPERFICIELLE ENRICHIE DE POLYOLEFINE. APPLICATION A LA REALISATION DE PANNEAUX POUR LA CONSTRUCTION OU D'ARTICLES MOULES.

Description

La présente invention concerne des panneaux composites à base de fibres, destinés notamment à la construction, à l'emballage et à l'introduction dans certaines structures de véhicules. L'invention couvre en outre un procédé de fabrication de ces panneaux.
On connait à l'heure actuelle des panneaux durs ou isolants réalisés à partir de fibres de bois, pouvant être utilisés dans les applications mentionnées ci-dessus, ces panneaux étant généralement réalisés à partir de fibres de bois préalablement encollées et comprenant en outre des adjuvants tels que résines thermodurcissables et agents hydrofugeants. De tels panneaux ne présentent cependant pas toujours les propriétés physiques et mécaniques requises, encore moins la tenue à l'humidité.
La présente invention vise à remédier 2 ces inconvénients, en fournissant des panneaux faciles > fabriquer et présentant en outre des caractéristiques physiques améliorées,leur conférant notamnent une grande aptitude au moulage moyennant une opération simple et de courte durée.
Les panneaux selon l'invention comprennent essentiellement, en poids, de 40 à 90 de fibres lignocellulosiques et de 10 à 90" de polyoléfine, avec une teneur en humidité pratiquement nulle, ainsi que des charges minérales appropriées et, éventuellement, une couche superficielle enrichie de polyoléfine.
Pour la fabrication de tels panneaux, et conformément à l'invention, on réalise une pâte lignocellulosique humide, et l'on y incorpore par dispersion des fibres de polyoléfine, de manière à obtenir un matelas fibreux. que l'on soumet à un séchage à une température inférieure au point de fusion de la polyoléfine, on effectue un préchauffage à une température supérieure audit point de fusion, puis un moulage à chaud.
Suivant d'autres caractéristiques :
- les fibres lignocellulosiques sont du type obtenu par traitement thermomécanique et proviennent de préférence de résineux;
- la polyoléfine est le polyéthylène ou le polypropylène pour la réalisation de panneaux isolants et le polypropylène seul pour la réalisation de panneaux durs.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre.
Comme mentionné ci-dessus, les panneaux selon l'invention sont obtenus par voie humide à partir d'un mélange contenant 10E au moins et jusqu'à 605 en poids de fibres de polyoléfine, à savoir polyéthylène ou polypropylène, mais ils sont exempts des adjuvants habituels tels que résines thermodurcissables et agents hydrofugeants.
Les fibres lignocellulosiques utilisées sont façon préférentielle, des fibres des bois obtenues par traitement thermoitécanique, identique à celui mis en oeuvre dans la fabrication des panneaux de fibres durs et isolants. Les espèces de bois préférées sont les résineux, car leurs fibres, plus longues et plus souples, sont plus aptes au moulage, comme décrit dans le brevet français nO 78 36 746.
Les fibres de polyoléfine mises en oeuvre sont de préférence des fibres spécialement préparées pour les applications papetières. Dans ce cas, elles contiennent soit un agent mouillant, soit des charges minérales, ce qui favorise leur dispersion dans un milieu aqueux. Elles sont de plus fibrillées afin de leur permettre un accrochage aux fibres lignocellulosiques. Leur longueur est voisine de 1 mm. Comme fibres de polyoléfine, on peut également appliquer, dans certains cas, des fibres textiles coupées, vierges ou de récupération, et de longueur variable.
Pour la fabrication des panneaux, on réalise de façon connue en soi une pâte lignocellulosique humide dans laquelle on incorpore les fibres de polyoléfine, après passage dans un r,affineur à disques écartés ou un hydropulpeur pour faciliter leur dispersion.
On dirige ensuite le mélange, dilué à 1-2 environ, vers une machine de conformation papetière de type FOURDRINIER, habituellement employée lors de la fabrication des panneaux de fibres de bois.
Après les opérations usuelles de feutrage, égouttage, essorage, le matelas fibreux ainsi obtenu présente une siccité comprise entre 30 et 40y. Après découpe aux dimensions, voulues, on dirige ledit matelas soit vers une presse multi-étage, soit vers un séchoir, utilisés respectivement dans la fabrication des panneaux durs et celles des panneaux non comprimés ou isolants.
Dans le premier cas, seules les fibres de polypropylène conviennent et le matelas fibreux humide subit l'opéra- tion conventionnelle de pressage à chaud, à une température inférieure au point de fusion du polypropylène (1650C) de façon à éviter les risques de colmatage des toiles d'essorage.
Les panneaux de ce type ainsi obtenus ont une épaisseur généralement comprise entre 2 et 5 mm et une densité voisine de 0,9 à 1. Leurs propriétés mécaniques sont suffisantes pour qu'ils puissent subir sans dommage les opérations normales de découpe, manutention et empilage.
Dans le second cas, c'est-à-dire pour des panneaux de fibres isolants, les fibres de polyéthylène et de polypropylène conviennent et les matelas humides sont séchés de manière conventionnelle dans un four ventilé dont la température ne dépasse pas 150cl. Leur épaisseur est généralement comprise entre 8 et 20 mm, pour une densité voisine de 0,25.
Les propriétés mécaniques des panneaux préformés ainsi obtenus sont également suffisantes pour que lesdits panneaux soient aptes aux opérations conventionnelles de découpe, manutention et empilage.
D'autre part, il est possible, lorsque cela est souhaitable pour la transformation ultérieure, ou pour conférer au panneau des propriétés particulières, de déposer, lors de la conformation sur machine, une ou plusieurs couches superficielles fortement enrichies en fibres de polypropylène ou de polyéthylène, comme ce sera expliqué plus en détail ci-après.
Le moulage proprement dit des panneaux à partir des panneaux préformés, comporte deux étapes, aussi bien dans le cas des panneaux durs que dans celui des panneaux isolants.
On effectue tout d'abord un préchauffage, opération qui a pour but de fondre les fibres de polyoléfine de façon à pouvoir bénéficier de la thermoplasticité du matériau.
Ce préchauffage peut être réalisé de différentes manières connues en soi, jusqu'à fusion complète des polyoléfines, et par exemple
- par contact entre deux plaques chauffantes portées à 1800C-21O0C, à une pression maximale de 1 kg/cm2;
- par exposition dans une étuve très fortement ventilée à l'air chaud;
- par chauffage diélectrique ou micro-ondes.
Dans tous les cas, il est aisé de déterminer le temps de séjour idéal permettant d'obtenir la fusion des polyoléfines, sans dégrader les caractéristiques du produit par combustion superficielle.
A la fin du préchauffage, les panneaux sont immédiatement placés dans un moule maintenu à une température comprise entre 200C et 1400C. Le moule peut être, soit en acier, soit en résine de synthèse dans les cas où les pressions sont limitées à 40 kg/cm2.
L'opération de moulage peut être conçue avec de nombreux aménagements, permettant
- d'obtenir un matériau à épaisseur variable;
- un renforcement local des pièces par des inserts métalliques;
- la mise en place d'organes de fixation des pièces, par exemple soit inserts métalliques, soit complexe kraft + polyéthylène, le kraft permettant une fixation aisée par collage, le polyéthylène adhérant par fusion au panneau.
Le moule équipe une presse hydraulique que l'on ferme très rapidement, l'opération de moulage proprement dite étant très courte, à savoir de 10 à 30 secondes. Ce temps est suffisant pour figer la forme obtenue, la structure fibreuse faisant office de raidisseur.
Le fluage de la matière plastique permet également d'obtenir des emboutis plus ou moins profonds, en fonction du taux de polyoléfine incorporé et des pressions mises en jeu.
Les pressions spécifiques mises en oeuvre vont de quelques kg/cm2 à 150 kg/cm2, selon les difficultés de la pièce à réaliser -une pression élevée favorisant le fluage de la matière, et selon les propriétés finales désirées. Dans le cas de pièces habillées d'une étoffe tissée ou non-tissée, d'une moquette en chlorure de polyvinyle pu similaire, elles sont en outre fonction de la méthode d'habillage choisie.
Les panneaux selon l'invention ne contenant pratiquement pas d'eau, ils permettent d'utiliser une presse hydraulique à mécanismes simples car il n'y a pas de dégazage intermédiaire à prévoir lors du moulage, ce qui constitue un avantage évident.
Le matériau obtenu a des caractéristiques physiques et mécaniques remarquables et dans bien des cas, supérieures à celles des panneaux de fibres conventionnels. La structure fibreuse lui confère par ailleurs une excellente résistance aux chocs, très supérieure en particulier à celles de panneaux qui peuvent être obtenus par extrusion d'un mélange de déchets lignocellulosiques et de polyoléfines.
D'autre part, sa tenue à l'humidité est excellente
- variations dimensionnelles quasi-nulles;
- absorption d'eau selon AFNOR NF B 51 - 152 : elle est inférieure à 10E en poids pour les panneaux contenant 40 à 50E de polyoléfine;
- porosité : elle est dix fois inférieure au moins à celle des panneaux de fibres de bois classiques.
A titre d'exemple, le tableau ci-dessous indique certaines valeurs caractéristiques mesurées sur un panneau dur dont la composition en poids est la suivante
- 50S de fibres de bois résineux
- 37,5 Ó de polypropylène;
- 12,5 de charges minérales.
Ce panneau, obtenu selon le procédé de l'invention, a été réalisé dans les conditions suivantes
- préchauffage : 1900C pendant 3 minutes entre deux plateaux chauffants;
- moulage : 30 secondes à 20"C.
Figure img00060001
<tb> <SEP> Propriétés <SEP> Norme <SEP> ou <SEP> méthode <SEP> Résultat
<tb> <SEP> de <SEP> mesure
<tb> Epaisseur <SEP> NF <SEP> B <SEP> 51 <SEP> - <SEP> 140 <SEP> 2,5 <SEP> mm
<tb> Densité <SEP> NF <SEP> B <SEP> 51 <SEP> - <SEP> 122 <SEP> 1,0
<tb> HunciditB <SEP> å <SEP> l'équilibre
<tb> (65e <SEP> H.R. <SEP> 200C) <SEP> NF <SEP> B <SEP> 51 <SEP> - <SEP> 121 <SEP> 4X <SEP>
<tb> Absorption <SEP> d'eau <SEP> 2-heures <SEP> NF <SEP> B <SEP> 51 <SEP> - <SEP> 152 <SEP> 3v <SEP>
<tb> Absorption <SEP> d'eau <SEP> 24 <SEP> heures <SEP> NF <SEP> B <SEP> 51 <SEP> - <SEP> 152 <SEP> 10S <SEP>
<tb> Hodule <SEP> d'élasticité <SEP> en <SEP> flexion <SEP> NF <SEP> B <SEP> 51 <SEP> - <SEP> 124 <SEP> 30 <SEP> 000 <SEP> kg/cm2
<tb> Module <SEP> de <SEP> rupture <SEP> en <SEP> flexion <SEP> NF <SEP> B <SEP> 51 <SEP> - <SEP> 124 <SEP> <SEP> 55û <SEP> kg/cm2 <SEP>
<tb> <SEP> 550 <SEP> kg/cm2 <SEP> i
<tb> Traction <SEP> parallèle <SEP> NF <SEP> B <SEP> 51 <SEP> - <SEP> 123 <SEP> 320 <SEP> kg/cm2
<tb> Traction <SEP> perpendiculaire <SEP> NF <SEP> b <SEP> 51 <SEP> - <SEP> 150 <SEP> 16 <SEP> kg/cm2 <SEP>
<tb> Test <SEP> CAB8 <SEP> (x) <SEP> ISOREL <SEP> 40 <SEP> g/m2 <SEP>
<tb>
(x) test CDBB : son principe consiste à mesurer le poids
d'eau absorbé par une face pendant 2 heures.
Conformément à l'invention, les panneaux ou autres éléments en forme moulés peuvent être soumis à des transformations et traitements ultérieurs, tels que découpe, peinture et habillage.
La découpe peut être soit intégrée au cycle de moulage, soit réalisée à posteriori par tout procédé connu en soi : sciage, emboutissage, par rayonnement laser, par jet d'eau sous haute pression.
La peinture est possible par pistoletage de peintures compatibles avec le polypropylène ou le polyéthylène certains systèmes polyuréthannes, ou acryliques en solvant notamment.
En ce qui concerne l'habillage, tous les matériaux habituellement employés conviennent, par exemple les moquettes, tissus, non-tissés, feuilles de chlorure de polyvinyle, etc.
Comme mentionné plus haut, il est dans certains cas possible de réaliser simultanément les opérations de moulage et d'habillage.
Le liant est alors, soit le polypropylène ou le polyéthylène contenu à la surface du panneau, soit un film de ces mêmes polyoléfines intercalé, soit une poudre de polyéthylène disposée immédiatement avant moulage à la surface du panneau.
Dans tous les cas, c'est la fusion de la polyoléfine qui assure le collage.
Lorsqu'elle est ainsi réalisée, l'opération d'habillage offre un avantage considérable car elle évite les opérations d'habillage à postériori qui entraînent des frais d'équipement et de main-d'oeuvre supplémentaires. Bien entendu, cette opération doit tenir compte de la résistance à la déchirure et de la nécessité de conserver l'aspect des matériaux mis en oeuvre. I1 est donc parfois plus indiqué de procéder à un habillage à postériori, par exemple par thermogainage sous vide ou par compression, selon les revêtements utilisés et la configuration des pièces. Avec les panneaux selon l'invention, cette opération est toujours possible à condition de choisir un liant adapté.
En bref, les avantages du procédé selon l'invention sont nombreux et tiennent à un ensemble de propriétés remarquables - facilité d'obtention des panneaux sur des machines conven
tionnelles; - possibilité d'incorporer un taux élevé de fibres de poly
oléfine; - grande aptitude à la déformation permettant de réaliser des
formes complexes; - temps de moulage remarquablement court, permettant une grande
productivité; - possibilité de découpe simultanée; - possibilité d'habillage simultané; - très bonnes propriétés des pièces produites; - possibilité d'obtenir un aspect grainé pour finition par
peinture; - possibilité d'incorporer au moulage des inserts pour ren
forcement local de la pièce; - possibilité d'incorporer,lors du moulage, les organes de
fixation de pièces.
Par ailleurs, les propriétés des panneaux obtenus permettent de nombreuses applications, telles que, par exemple - dans le domaine de l'automobile et des véhicules en général:
pièces de garnissage intérieur (planche arrière, contre
portières, fonds de dossier, planches de bord, etc.); - dans le domaine de l'emballage : palettisation en feuilles,
les panneaux alliant légèreté, faible encombrement, résistan
ce mécanique, résistance au vieillissement, ou intercalaires
de palettisation recyclables : tenue au stockage extérieur,
empilage possible, protection des pièces à transporter ou
stocker par l'intermédiaire de bords relevés.
I1 est bien entendu que la présente invention n'a été décrite qu'à titre explicatif mais nullement limitatif et qu-'on pourra y apporter toute modification utile, notamment dans le domaine des équivalences techniques, sans sortir de son cadre.

Claims (9)

REVENDICATIONS
1. Panneau composite du type dur ou isolant, à base de fibres, en particulier de fibres lignocellulosiques, caractérisé par le fait qu'il comprend, en poids, de 40 à 90o0 de fibres lignocellulosiques et de 10 à 60S de polyoléfine, une teneur en eau pratiquement nulle, ainsi que toutes charges minérales appropriées et, éventuellement, une couche superficielle enrichie de polyoléfine.
2. Panneau composite selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les fibres lignocellulosiques sont du type obtenu par traitement thermomécanique et proviennent de résineux.
3. Panneau composite selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la polyoléfine est le polypropylène pour le type dur et le polyéthylène ou le polypropylène pour le type isolant.
4. Procédé de fabrication de panneaux selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel on réalise une pâte lignocellulosique humide et l'on effectue un préchauffage suivi d'un moulage à chaud, procédé caractérisé par le fait que l'on incorpore par dispersion dans ladite pâte, des fibres de polyoléfine, que l'on soumet à un séchage le matelas fibreux ainsi obtenu, à une température inférieure au point de fusion de la polyoléfine, que l'on effectue le préchauffage à une température supérieure au point de fusion de la polyoléfine, puis que l'on effectue le moulage à une température comprise entre 200C et 1400C.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les fibres de polyoléfine sont constituées par du polyéthylène ou du polypropylène, avec une longueur de 1 mm environ.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les fibres de polyoléfine renferment un agent mouillant ou des charges minérales favorisant leur dispersion en milieu aqueux.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé par le fait que l'on effectue le préchauffage à une température comprise entre îBO0C et 21D0C environ
2 sous une pression inférieure à 10 kg/cm2.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4-à 7, caractérisé par le fait que l'on effectue le moulage à
2 chaud sous une pression comprise entre 1 et 150 kg/cm2 en fonction du type de panneau.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé par le fait que l'on ajoute une couche de polyoléfine sur la surface du panneau immédiatement avant l'opération de moulage afin d'obtenir un panneau avec habillage.
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