Panneau de fibres

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Contexte

Les produits forestiers composites, ou bois d'ingénierie, désignent des matériaux en bois qui sont collés ensemble. Aux États-Unis, environ 21 millions de tonnes (21,3 millions de tonnes métriques) de bois composite sont produites chaque année. Les matériaux composites les plus populaires comprennent le contreplaqué, les panneaux lattés, les panneaux de fibres, les panneaux de particules et le bois de placage stratifié. La plupart de ces produits sont basés sur ce qui était auparavant des résidus de bois ou des essences peu utilisées ou non commerciales. Très peu de matière première est perdue dans la fabrication des composites.

Le panneau de fibres à densité moyenne (MDF) est un terme générique désignant un panneau principalement composé de fibres lignocellulosiques combinées à une résine synthétique ou à un autre système de liaison approprié et liées ensemble sous la chaleur et la pression. Les panneaux sont comprimés à une densité de 0,50 à 0,80 densité (31-50 lb/pi3). Des additifs peuvent être introduits pendant la fabrication pour améliorer certaines propriétés. Parce que le panneau de fibres peut être découpé dans une large gamme de tailles et de formes, les applications sont nombreuses, y compris les emballages industriels, les présentoirs, les objets exposés, les jouets et les jeux, les meubles et les armoires, les panneaux muraux, les moulures et les pièces de porte.

La surface du MDF est plate, lisse, uniforme, dense et exempte de nœuds et de motifs de grain, ce qui rend les opérations de finition plus faciles et cohérentes. Le bord homogène du MDF permet des techniques d'usinage et de finition complexes et précises. Les déchets de coupe sont également considérablement réduits lors de l'utilisation de MDF par rapport à d'autres substrats. Une stabilité et une résistance améliorées sont des atouts importants du MDF, la stabilité contribuant à maintenir des tolérances précises dans des pièces coupées avec précision. C'est un excellent substitut au bois massif dans de nombreuses applications intérieures. Les fabricants de meubles gaufrent également la surface avec des motifs tridimensionnels, car le MDF a une texture uniforme et des propriétés cohérentes.

Le marché du MDF a connu une croissance rapide aux États-Unis au cours des 10 dernières années. Les expéditions ont augmenté de 62 % et la capacité de l'usine a augmenté de 60 %. Aujourd'hui, plus d'un milliard de pieds carrés (93 millions de mètres carrés) de MDF sont consommés en Amérique chaque année. La capacité mondiale du MDF a augmenté de 30 % en 1996 pour atteindre plus de 12 milliards de pieds carrés (1,1 milliard de mètres carrés), et il y a maintenant plus de 100 usines en activité.

Historique

Le MDF a été développé pour la première fois aux États-Unis dans les années 1960, avec un démarrage de la production à Deposti, New York. Un produit similaire, le panneau dur (panneau de fibres comprimés), a été accidentellement inventé par William Mason en 1925, alors qu'il essayait de trouver une utilisation pour les énormes quantités de copeaux de bois qui étaient jetés par les scieries. Il tentait de presser de la fibre de bois dans un panneau isolant, mais a produit une feuille mince et durable après avoir oublié d'arrêter son équipement. Cet équipement se composait d'un chalumeau, d'une presse à lettres du XVIIIe siècle et d'une ancienne chaudière automobile.

Matières premières

Les copeaux de bois, les copeaux et la sciure de bois constituent généralement les matières premières des panneaux de fibres. Cependant, le recyclage et les problèmes environnementaux devenant la norme, les déchets de papier, la soie de maïs et même la bagasse (fibres de canne à sucre) sont également utilisés. D'autres matériaux sont également recyclés en MDF. Une entreprise utilise des déchets secs Les copeaux de bois, les copeaux et la sciure de bois constituent généralement les matières premières des panneaux de fibres. Cependant, le recyclage et les problèmes environnementaux devenant la norme, les déchets de papier, la soie de maïs, la bagasse (fibres de canne à sucre), le carton, les contenants de boissons en carton contenant des plasfiques et des métaux, les annuaires téléphoniques et les vieux journaux sont utilisés. à raison de 100 000 tonnes par an. En plus des déchets de bois, du carton, des contenants de boissons en carton contenant des plastiques et des métaux, des annuaires téléphoniques et de vieux journaux sont utilisés dans cette entreprise. Des résines synthétiques sont utilisées pour lier les fibres entre elles et d'autres additifs peuvent être utilisés pour améliorer certaines propriétés.

Le processus de fabrication

La technologie et le traitement de pointe ont amélioré la qualité des panneaux de fibres. Il s'agit notamment d'innovations dans la préparation du bois, les recettes de résine, la technologie des presses et les techniques de ponçage des panneaux. La technologie de presse avancée a raccourci les cycles de presse globaux, tandis que la technologie antistatique a également contribué à augmenter la durée de vie de la courroie pendant le processus de ponçage.

Préparation du bois

• 1 La production de panneaux de fibres de qualité commence par la sélection et le raffinement des matières premières, dont la plupart sont recyclées à partir de copeaux et copeaux récupérés dans les scieries et les usines de contreplaqué. La matière première est d'abord débarrassée de toute impureté métallique à l'aide d'un aimant. Ensuite, le matériau est séparé en gros morceaux et en petits flocons. Les flocons sont séparés en tas de sciure et de copeaux de bois.
• 2 Le matériau est à nouveau envoyé à travers un détecteur magnétique, le matériau rejeté étant séparé pour être réutilisé comme combustible. Le bon matériau est collecté et envoyé dans un bac de pré-vapeur. Dans le bac, de la vapeur est injectée pour chauffer et ramollir la matière. Les fibres sont introduites d'abord dans un alimentateur à vis latérale, puis dans un alimentateur à vis à bouchon, qui comprime les fibres et élimine l'eau. Le matériau comprimé est ensuite introduit dans un raffineur, qui déchire le matériau en fibres utilisables. Parfois, la fibre peut subir une deuxième étape de raffinage afin d'améliorer la pureté de la fibre. Des moteurs plus gros sur les raffineurs sont parfois utilisés pour tamiser les objets étrangers du processus.

Durcissement et pressage

• 3 La résine est ajoutée avant l'étape de raffinage pour contrôler les tolérances au formaldéhyde dans le mélange, et après le raffinage, un catalyseur est ajouté. Les fibres sont ensuite soufflées dans un séchoir à tube éclair, qui est chauffé au pétrole ou au gaz. Le rapport résine solide/fibre est soigneusement contrôlé en pesant chaque ingrédient. Ensuite, la fibre est poussée à travers des rouleaux de scalpage pour produire un tapis d'épaisseur uniforme. Ce tapis passe par plusieurs étapes de pressage pour produire une taille plus utilisable, puis est coupé à la largeur souhaitée avant l'étape de pressage finale. Une presse continue équipée d'un grand tambour comprime le tapis à une vitesse uniforme en surveillant la hauteur du tapis. Les presses sont équipées de commandes électroniques pour fournir une densité et une résistance précises. La planche résultante est coupée à la longueur appropriée à l'aide de scies avant refroidissement.

  

  Les presses sont équipées de systèmes de fermeture simultanés contrebalancés qui utilisent des vérins hydrauliques pour effectuer le nivellement du plateau, ce qui, lorsqu'il fonctionne conjointement avec un contrôle de position à quatre points, permet un meilleur contrôle de l'épaisseur du panneau individuel. Le système hydraulique peut fermer la presse à des vitesses et des pressions qui réduisent les problèmes de prédurcissement des planches tout en raccourcissant les cycles de pressage globaux.

Ponçage des panneaux

• 4 Pour obtenir une finition lisse, les panneaux sont poncés à l'aide de bandes enduites d'abrasifs. Le carbure de silicium a généralement été utilisé, mais avec l'exigence de surfaces plus fines, d'autres abrasifs céramiques sont utilisés, y compris l'alumine de zircone et l'oxyde d'aluminium. L'équipement de ponçage à huit têtes et le nivellement des deux côtés améliorent la régularité du lissé de la surface. La technologie antistatique est utilisée pour éliminer l'électricité statique qui contribue au chargement rapide et à la poussière de ponçage excessive, augmentant ainsi la durée de vie de la courroie.

Finition

• 5 Les panneaux peuvent subir une variété d'étapes de finition en fonction du produit final. Une grande variété de couleurs de laque peut être appliquée, ainsi que divers motifs de grain de bois. La découpe à la guillotine est utilisée pour couper le panneau de fibres en grandes feuilles (par exemple 100 pouces de large). Pour les plus petites tailles de feuilles telles que 42 x 49 pouces (107 x 125 cm), la découpe est utilisée. Des machines spécialisées sont utilisées pour couper le panneau de fibres en bandes étroites de 1 à 24 pouces (2,5 à 61 cm) de largeur.
• 6 Les machines à plastifier sont utilisées pour appliquer du vinyle, du papier d'aluminium et d'autres matériaux sur la surface. Ce processus consiste à dérouler un rouleau de panneau de fibres, à l'envoyer entre deux rouleaux où l'adhésif est appliqué, à combiner le panneau de fibres enduit d'adhésif avec le matériau de stratification entre un autre jeu de rouleaux et à envoyer les matériaux combinés dans la plastifieuse.

Contrôle qualité

La plupart des usines de MDF utilisent un contrôle de processus informatisé pour surveiller chaque étape de fabrication et maintenir la qualité du produit. En combinaison avec des bandes de poids continues, des jauges de poids de base, des moniteurs de profil de densité et des jauges d'épaisseur, la cohérence du produit est maintenue. De plus, l'American National Standards Institute a établi des spécifications de produit pour chaque application, ainsi que des limites d'émission de formaldéhyde. À mesure que les réglementations environnementales et les conditions du marché continuent de changer, ces normes sont révisées.

Les panneaux peuvent subir diverses étapes de finition en fonction du produit final. Une grande variété de couleurs de laque peut être appliquée, ainsi que divers motifs de grain de bois. Par exemple, les machines à plastifier sont utilisées pour appliquer du vinyle, du papier d'aluminium et d'autres matériaux sur la surface.

La norme la plus récente pour le MDF, la norme ANSI A208.2, est la troisième version de cette norme de l'industrie. Cette norme classe le MDF par densité et utilisation (intérieure ou extérieure) et identifie quatre qualités de produits d'intérieur. Les spécifications identifiées incluent les propriétés physiques et mécaniques, les tolérances dimensionnelles et les limites d'émission de formaldéhyde. Les spécifications sont présentées dans les limites métriques et pouces-livres.

Les propriétés physiques et mécaniques du produit fini qui sont mesurées comprennent la densité et la densité, la dureté, le module de rupture, la résistance à l'abrasion, la résistance aux chocs, le module d'élasticité et la résistance à la traction. De plus, l'absorption d'eau, le gonflement de l'épaisseur et la force de liaison interne sont également mesurés. L'American Society for Testing of Materials a développé une norme (D-1037) pour tester ces propriétés.

Le futur

Bien que plus de 750 nouvelles usines aient été ajoutées en 1996, la consommation de MDF en 1997 devrait chuter jusqu'à 10 % en deçà du niveau projeté. Les taux d'utilisation ont baissé pour certains marchés et les exportations ont diminué. Malgré cette tendance, certaines usines continueront d'investir dans des équipements de haute technologie et des contrôles environnementaux pour produire un produit de haute qualité.

Les réglementations environnementales continueront de défier l'industrie des panneaux de fibres. Bien que les résines urée-formaldéhyde soient principalement utilisées dans l'industrie du MDF en raison de leur faible coût et de leurs caractéristiques de durcissement rapide, elles présentent des problèmes potentiels d'émission de formaldéhyde. Les résines phénol-formaldéhyde sont une solution possible, car elles n'émettent pas de formaldéhyde après durcissement. Ces résines sont cependant plus chères, mais des recherches préliminaires ont montré qu'elles peuvent être utilisées en quantités bien moindres et obtenir des temps de traitement similaires à ceux de la résine d'urée.

Les progrès de la technologie de fabrication se poursuivront également, notamment les machines de traitement des panneaux et les outils de coupe. Des machines de pressage seront éventuellement développées pour éliminer le prédurcissement et réduire la variation d'épaisseur de panneau individuel. Le MDF et les autres produits en bois d'ingénierie deviendront encore plus uniformes en termes de caractéristiques de bord et de douceur de surface, et auront de meilleures propriétés physiques et une meilleure consistance d'épaisseur. Ces améliorations permettront à un plus grand nombre de fabricants de meubles et d'armoires d'incorporer de tels produits dans leurs conceptions.