Procédé de fabrication de panneaux de fibres de masse volumique moyenne

L’industrie des panneaux de fibres de densité moyenne peut être également caractérisée, comme l’industrie des panneaux agglomérés en général, par son niveau de technologie (Cloutier, 2018) : industrie hautement automatisée, industrie mécanisée avec intervention humaine limitée et usines avec peu de personnel sur la ligne de production, mais beaucoup de personnel hautement qualifié.

Les matériaux composites à base de bois, comme les panneaux de fibres, présentent des avantages par rapport au bois massif, car la déconstruction du bois permet de réduire la variabilité inhérente de ses propriétés physiques et mécaniques, dont l’anisotropie est le facteur principal.

Pendant leur fabrication, les panneaux de fibres sont souvent dimensionnés selon les spécifications du client. Toutefois, la taille de fabrication standard pour les panneaux à base

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de bois est généralement de 1,22 x 2,44 m. Le procédé de fabrication des panneaux de fibres de masse volumique moyenne est semblable à celui d’autres panneaux à base de bois : préparation des particules, séchage, classification des particules, encollage, feutrage, pressage, refroidissement, délignage-ponçage, post-traitement et finition-classement (Maloney, 1977). Ces étapes sont décrites ci-dessous pour les panneaux composites à base de bois en général (Cloutier, 2018).

- Préparation des particules : cette étape comprend l’entreposage de rabotures, de sciures, de délignures, de bois rond et de copeaux, la fragmentation des particules réalisée par un moulin à marteaux, un raffineur à anneaux ou un gaufrier à disque et la classification des particules en fonction de leur taille, ce qui peut se faire au début du procédé ou lors du feutrage (cette classification permet de former la couche couvrante et la couche médiane).

- Séchage : l’objectif principal de cette étape est de diminuer la teneur en humidité des particules entre 2 et 4 %. Les séchoirs à tambour rotatif sont les plus utilisés pour le séchage des particules (panneaux de particules) et des lamelles (panneaux de lamelles orientées). On utilise des séchoirs tube pour les fibres de bois (panneaux MDF).

- Classification des particules : bien que la classification des particules selon leur taille puisse être faite au début du procédé, comme mentionné ci-dessus, il est souvent préférable de réaliser cette étape après le séchage, car les particules humides ont tendance à s’agglomérer.

- Encollage : ce procédé est fait dans un mélangeur. Les particules sont mises dans le mélangeur et, ensuite, l’adhésif est injecté dans le tube de soufflerie, à la sortie des raffineurs à disque. Par ailleurs, il est souvent nécessaire d’ajouter un catalyseur dans le but de réguler le pH de la colle urée-formaldéhyde. Par exemple, pour l’encollage de panneaux de fibres et des panneaux de particules, l’ajout du catalyseur de chlorure d’ammonium (NH4CL) permet de diminuer le pH de

l’adhésif à 5.

- Feutrage : l’étape du feutrage correspond à la formation de l’ébauche de particules, dont l’épaisseur varie généralement entre 25 et 300 mm en fonction du type de panneau. Dans le cas du panneau de fibres, un pré-pressage à température ambiante

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après le feutrage est souhaitable, puisque cela permet de consolider l’ébauche avant le pressage à chaud.

- Pressage : le pressage de l’ébauche de particules est fait dans une presse multi- ouvertures, une presse simple ou une presse en continu en fonction du type de panneaux. Le temps de pressage varie habituellement de 4 à 6 minutes si une température de 160-180°C est utilisée.

- Refroidissement : l’effet de cette étape sur la performance finale du panneau dépend du type de colle utilisé pendant sa fabrication. La mise à froid du panneau après le pressage à chaud est hautement conseillée car si le panneau de fibres est empilé à chaud, cela peut détériorer l’action adhésive de l’urée-formaldéhyde sur les particules. Inversement, si un panneau de lamelles orientées est empilé à chaud après le pressage à chaud, l’efficacité du phénol-formaldéhyde peut être améliorée. - Délignage-ponçage : ces deux procédés visent à augmenter la qualité de la surface

du panneau. Le délignage est fait en fonction des besoins du client. À l’étape du ponçage, la couche de faible densité est enlevée de la surface du panneau. L’épaisseur de cette couche est généralement de 0,5 mm.

- Post-traitement (optionnel): à cette étape, des traitements sont appliqués sur le panneau pour augmenter sa stabilité dimensionnelle et améliorer sa résistance dans diverses conditions (feu, attaque biologique, etc.).

- Finition-classement : la finition fait référence au degré de terminaison du panneau, par exemple, panneau simple ou panneau avec mélamine à sa surface. La classification dans l’usine peut être réalisée en fonction du marché, du type de produit ou de sa taille.

1.2. Profil de masse volumique à travers de l’épaisseur du panneau de fibres

Le profil de masse volumique selon l’épaisseur du panneau (Figure 1-10) est formé pendant le pressage à chaud. La qualité de performance en service du panneau de fibres est sans doute liée à la formation du profil de masse volumique selon l’épaisseur du panneau. Des panneaux avec un profil de masse volumique accentué sont souvent préférables à cause de leurs propriétés de résistance mécanique supérieures, en particulier en flexion. De plus, la masse volumique du centre du panneau est plutôt homogène. Un panneau avec un profil de

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masse volumique aplatie est cependant approprié pour l’usinage. Les caractéristiques recherchées et la qualité d’un panneau sont intrinsèquement liées à l’utilisation qui en sera faite. Le type de particules utilisées pour la formation de l’ébauche, la structure de l’ébauche et le pressage affectent la formation du profil de masse volumique du panneau. De plus, d’autres facteurs ont un effet direct sur la formation du profil de masse volumique : la température interne de l’ébauche, la distribution de la teneur en humidité dans l’ébauche, la pression de la vapeur, la masse volumique des couches qui composent l’ébauche et la pression appliquée par les plateaux de la presse. Par conséquent, la formation du profil de masse volumique est le résultat de l’interaction de nombreux mécanismes, de la période de consolidation jusqu’à la fin du processus de pressage à chaud (Wang et al., 2001; Zambori

et al. 2004; Kavazovic et al. 2012). D’importantes recherches relatives à la formation du

profil de masse volumique dans les panneaux de fibres et de lamelles orientées ont été réalisées par Wang et al. (2001). Les résultats de leur étude ont montré que la fermeture de la presse a une influence sur le niveau de densification selon l’épaisseur. D’ailleurs, bien qu’ils aient utilisé le même programme de pressage pour la fabrication de panneaux de fibres et de lamelles orientées, les profils de masse volumique des deux panneaux n’étaient pas les mêmes. Les couches de surface d’une ébauche de fibres peuvent être densifiées plus facilement que celles d’une ébauche de lamelles orientées (Wang et al. 2004).

La formation du profil de masse volumique peut d’abord être expliquée par l’effet de la température et de la teneur en humidité sur la plasticité du matériau, c’est-à-dire, les fibres de bois. En effet, la densité des couches de surface augmente plus rapidement que celle des couches situées au centre de l’ébauche (Wang et Winistorfer 2000).

Figure 1-10 Profil de masse volumique typique obtenu après la

fabrication d’un panneau de fibres de 16 mm d’épaisseur dans une presse type batch

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