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BREVET D'INVENTION. COMPOSITION ANALOGUE AU BOIS'. ET PROCEDA POUR SA FABRICATION.
Les bois naturels et oontreplaqués présentent en tant que matériaux les inconvénients suivants : en premier lieu, la di versité de la matière, qui provient de sa croissance naturelle, rend impossible une normalisation et une standardisation du matériau.. En second lieu, l'absorption d'humidité par les fibres. orientées dans une seule direction et le gonflement qui se pro duit en conséquence dans un sens préféré se traduisent par une indéformabilité insuffisante pour maintes fins d'utilisation.
La présente invention a pour objet une composition poreu se analogue au bois qui possède les propriétés positives du bois naturel et oontreplaqué, telles que le poids spécifique, la facilité du travail, etc., sans présenter les inconvénients susindi ques. Somme pour le bois naturel, elle doit sa solidité à deux constituants fondamentaux, savoir, le feutrage de fibres organiques et l'interposition d'un liant. Mais à la différence du bois naturel il n'existe dans cette constitution fibreuse aucune structure orientée, et le liant est incorporé de façon telle
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qu'il enrobe les fibres et qu'il empêche ainsi pratiquement l'absorption d'eau et d'humidité et le gonflement qui en est la conséquence.
Il s'ensuit que le matériau fabriqué suivant Ia présente invention se différencie essentiellement des plaques iso- lantea de fibres feutrées à la manière du carton et tout aussi fondamentalement des matières: dans lesquelles les matières ligueuses et fibreuses sont simplement. agglomérées en tant que matières de remplissage au moyen de liants, comme par exemple les agglomérants résineux artificiels ou les colles à bois.
En vue d'obtenir cet effet de feutrage, 1a composition est constituée de fibres organiques, comme par exemple de bois mécanique, de cellulose, de canne à suare, de bambou, etc., tandis que des liants ayant entre autres donné satisfaction sont la colle farte durcissable, les produits de la caséine, les vernis, les résines naturelles, et artificielles de toutes sortes, au leurs mélanges. Sous ce rapport les résines artifi- aielles telles par exemple que les produits de condensation du phénol et d'aldéhydes et du phénol et du soufre, ainsi que leurs homologues, etc., ont donné des résultats particulièrement satiefaisants.
D'autre part, à cette composition on peut mélanger des matières. inertes qui, à la différence des fibres feutrablea, n'appartiennent pas à la struoture feutrée de l'ensemble du matériau. Gomme matières inertes. de ce genre on envisagera par exemple la.poudre de mica, le liège granulé, les fibres d'amiante, les fibres rulcaniséea, le bois, etc..
On peut augmenter la résistance mécanique de la composition en l'armant extérieurement au intérieurement ou des deux façons. au moyen de plaques de aiment d'amiante, de baie naturel, de métal, au de tubes, baguettes, fils,, tissus, treillis, eta.
Il y a. intérêt en ce cas à employer pour cela des matériaux dont les coefficients de gonflement et de dilatation, sont approximati- Tement les mêmes que ceux de la composition.
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La composition analogue au bois suivant la présente invei tion est utilisable aux fins les plus diverses, comme par exemple pour les industries des meubles et des ouvrages d'ébénisterie, la construction des wagons et des navires, l'architecture intérieure, la construction des avions et des carrosseries, la construction des instruments de musique, l'industrie radioélectrique et phonographique, les articles de fantaisie, les objets façonnes les plus divers tels que crosses de fusil, crayons, encadrements, etc..
La fabrication de la composition analogue au bois présentant les propriétés susindiquées s'effectue suivant la présente invention par le procédé ci-après :
Pour l'intelligence de l'exposé on considérera d'abord le processus de formation du corps fibreux et l'on ne s'ocoupera qu'ensuite de l'incorporation appropriée du liant.
Dans un agent de gonflement et de délayage, de préférence de l'eau, on fait gonfler des fibres feutrables et on les y dissémine autant que possible jusqu'à subdivision en fibres élémen tairea. On élimine ensuite la majeure partie de 1'agent de délayage par compression, aspiration, essorage, cataphorèse ou autres mesures ayant le même effet, de préférence en façonnant en même temps la composition.
A un stade quelconque de ce processus de formation, de préférence au sein de la suspension diluée ou au cours de l'opé ration de feutrage, on adjoint alors le liant sous une forme convenable. Pour cela on peut ajouter le liant duroissable tel quel sous forme finement disséminée, a'est-à-dire de solutions colloïdales au non, ou bien de suspensions; rnais on peut aussi opérer en introduisant non pas le liant lui-même mais les constituants qui aboutissent à la formation de ce liant, Comme il est exposé ci-après, on choisit la dispersion du liant de façon que lors de l'élimination de la phase aqueuse il demeure réparti de façon aussi homogène que possible dans la composition restante.
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Pendant ou après l'élimination de l'agent diapersif, qui s'effectue par compression et séchage éventuellement à tempéra.ture élevée, les liants incorpores, subissent un durcissement..
Dans ce cas, par l'emploi de pressions relativemeht fortes, an obtient déjà à l'état mouillé, un produit final relativement compact. Mais les opérations de séchage et de chauffage ellesmêmes peuvent s'effectuer avec application simultanée de près** sion, auquel cas il suffit de tenir compte de ce que. les condi- tians de pression, d'humidité et de température doivent être choisies de manière à ne pas détruire la structure feutrée ni la porosité, car il ne s'agit évidemment pas d'obtenir un produit d'agglomération mais une composition dans laquelle le feutrage est une cause essentielle de la résistance mêcaique abtenue.
Toutefois, suivant le principe de la présente invention, les opérations de feutrage et de collage peuvent aussi être complatement séparées l'une de l'autre, en accomplissant tout d'abord la première jusquà la dessiccation aomplète, après quoi seulement on procède à l'introduction du liant dans la masse.
Pour compléter ce qui concerne la dissémination du liant il y a lieu d'indiquer que ce dernier peut s'employer sous forme aussi bien de solutions vraies que de solutions: colloïdales, d'émulsions, de suspensions ou à l'état grossièrement délayé.
On peut les obtenir en employant des solvants intermédiaires, des colloïdes protecteurs, des broyeurs à colloïdes ou par d'au- tres moyens. D'autre part, le présent procédé admet l'emploi de solutions colloïdales instables susceptibles de se coaguler en un temps assez peu réduit, dans la mesure où cet emploi s'accompagne en même temps d'un fixage du liant sur la fibre dont l'effet est d'immobiliser les particules à l'état très finement divi se sur lesdites fibres.
Lorsqu*on emploie plusieurs constituants, des degrés de dispersion différents sont en même temps possibles
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pour les divers constituants,.1'une des substances par exemple étant à l'état de solution Traie et les autres existant sous forme d'émulsions ou de suspensions.
L'adhérence des particules de liant sur les fibres peut avoir pour cause divers phénomènes chimiques et physiques. Il peut s'agir en ce cas d'adsorptions tans le sens étroit du mot, mais il peut également se produire une fixation due à un certain état aollant- du produit employé. ou à une insertion mécanique grossière entre les fibres (effet de filtre). En ce qui concerne maints liants-leur fixation sur les fibres peut s'assimiler à celle des colorants dans la teinture des textiles. Plus le degré de subdivision de la substance est fin, plus on constate de phénomènes de pure adsorption.
Dans ces divers cas il s'agit probablement de phénomènes électriques de charge superficielle qui dépendent de la nature du colloïde, de la grosseur des particules (le cas échéant du colloïde protecteur et des propriétés diélectriques, du solvant d'une part et de la charge électrique des fibres d'autre part.
-Enfin, il y a lieu d'indiquer également que les dispersions de liant peuvent être mises en contact avec la masse fibreuse à divers stades de l'opération de fabrication, Dans la mesure aù il s'agit de dispersions aqueuses des liants et fibres, il y a intérêt à ajouter les liants à l'eau même de gonflement, avant le commencement de l'essorage et du feutrage. Mais on peut aussi ajouter les dispersions de liant au cours du feutrage, c""st-à-dire par exemple après le façonnage et un essorage partiel, par exemple en immergeant dans la dispersion la pièce façonnée essorée par soufflage ou par aspiration mais encore humide, ou en y faisant pénétrer cette dispersion par refoulement ou par aspiration.
Lorsqu'on emploie des dispersions non aqueuses il y a intérêt à en traiter les articles façonnés lors. qu'ils sont complètement feutrés et secs.
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Exemple 1 : On emploie deux substances qui par chauffage donnent naissance à une résine artificielle servant de liant; l'un des constituants forme une solution aqueuse Traie et la seconde une suspension mécanique grossière. Les deux constituants ne sont fixés dans la masse fibreuse que lors de 1'évaporation de l'eau par chauffage, c'est-à-dire aprèa qu'on aura terminé l'essorage et le façonnage de la suspension de fibres-, par formation d'un produit de condensation insoluble dans l'eau et adhérant par suite de son caractère collant aux fibrea, ce produit se transformant en une résine artificielle irrérersible à mesure que le chauffage se prolonge.
A une suspension aqueuse à 1 % de bois méaaniciue ou de fibres de paille ajouter 10 parties en poids de crésol, 10 % en poids d'une solution aqueuse à 40 % d'aldéhyde formique et 6 parties en poids d'une solution aqueuse à 25 % d'ammoniac-. L'aider hyde et l'ammoniac réagissent en ce cas de façon intermédiaire avec formation d'un composé d'aldéhyde et d'ammoniac soluble dans l'eau. et qui est 1'hexamzthylène-tétramine. Placer sur une machine façonneuse et essoreuse, par exemple une suceuse, la suspension de fibres additionnées desdites substances complémentaires, et l'essorer par refoulement ou par aspiration.
Le façonnage de la masse étant terminé, mais celle-ci étant encore humi- de, l'exposer à une température de 120 à 140 C. L'eau s'évapore ainsi peu à peu., en même temps qu'il se produit une condensation de la résine. Les articles étant complètement secs, ils renferment environ 20 à 25 parties en poids de résine artificielle en- cure plus au moins fluide. Le chauffage étant pour-suivi, il se produit alors la polymérisation connue du produit de condensation arec formation d'une résine artificielle irrérersible dure qui forme sur l'ensemble de la surface des fibres un enduit uniforme.
Exemple 2 : On emploie une résine artificielle à 1'état préalablement condensé qu'on ajoute à la suspension de fibres
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avant le commencement du feutrage sous forme d'une solution colloïdale instable, auquel cas elle est quantitativement adsorbée par les fibres aussitôt qu'elle entre en contact avec elles.
A une suspension aqueuse à 2 % de bois mécanique ajouter lentement 0,2 % en poids d'un produit de condensation du phénol et du soufre sous forme d'une solution aqueuse à 50 % aussi faiblement alcaline que possible et en même temps y verser un volu me égal d'acide sulfurique dilué destiné à neutraliser exaotement la solution alcaline. La suspension se trouve ainsi diluée à 1 %; le produit de condensation promitivement dissous terme dans le milieu neutre tout d'abord une émulsion colloïdale extrê- mement fine mais instable qui floocule au bout de quelques minu tes.. Mais avant même que le produit de condensation du phénol et du soufre vienne à former des particules volumineuses il se trou* ve adsorbé par les fibres.
Lorsqu'on procède ensuite à l'essorage il ne s'éooule plus aucune résine avec l'eau. Apres le séchage des articles façonnes, la résine continue tout d'abord à demeurer à l'état fluide, et elle ne prend son état dur qu'au cours d'un chauffage prolonge.
Exemple 3 : On emploie une résine artificielle à l'état préalablement condensa concurremment à une résine naturelle qui sert en même temps de liant et de colloïde protecteur pour la formation d'une émulsion aqueuse stable de la résine artificielle.
Bien qu'on puisse avantageusement aussi ajouter cette émul. sion aqueuse avant le façonnage et le feutrage de la suspension de fibres, on décrira ici le cas ou la dispersion de liant est incorporée pendant l'opération de feutrage de la masse fibreuse.
Placer une suspension aqueuse à 1 % de fibres dans une machine façonneuse et l'essorer. A travers l'article moulé faire ensuite passer par refoulement ou par aspiration une émulsion obtenue en formant une solution aqueuse à 30$ % de 3 parties en poids de '*bakélite A" et de 1 partie en poids de gomme arabique
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et la diluant à 15 % de résine totale: au moyen d'eau. Les résine% qui forment avec l'eau un lait blanc, sont alors, dans une certain ne mesure adsorbées par les fibres et l'excès s'écoule avec l'eau.
Faire ensuite passer l'article moulé au séchoir. Tandis que l'eau s'évapore il se produit alors, à cause de l'aldéhyde qui est encore partiellement présent à l'état libre dans la bakélite, une précipitation de la gomme, auquel cas cette dernière ainsi que la résine artificielle se sépare de l'eau et passe dans un état d'inaptitude à se dissoudre et à gonfler dans. l'eau.. Enfin, en continuant à chauffer et le cas échéant exerçant, lentement et doucement une pression, transformer à l'état solide et irrérersi- bie C la bakélite qui tout d'abord existe encore à l'état fluide.
Exemple 4 : On emploie une résine artificielle qu'on a préalablement condensée jusqu'au point où., étant déjà solide à. la température ordinaire, elle devient toutefois,à pouveau liqui- de au voisinage de 100 C.
Degré de dispersion Suspension grossière.
A une suspension aqueuse à 1 % de fibres. ajouter 5 à 10 % en poids d'une résine artificielle solide finement broyée obte- nue par condensation de phénols. avec des fibres. de bois, de cel- lulose, des déchets de papier, etc. Essorer la suspension, auquel cas une certaine quantité de la résine grossièrement divisés demeure incorporée entre les fibres (effet de filtre). Sécher les articles moulés:, la résine devenant alors fluide aux températures supérieures à 100 C. et se soude en une couche, uniforme sur la. surface des. fibres, Par chauffage prolongé élever le point de ramollissement de manière qu'il se produise un durcissement suf- fisant.
Exemple 5 : On emploie deux substances aboutissant par chauffage à la formation d'une résine artificielle qui sert de liant.
Dissoudre l'un des constituants dans un excès de l'autre, qui n'est pas aqueux. Cette dispersion, dont les particules ne
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sont tout d'abord pas adsorbées par les fibres, est introduite dans la masse fibreuse après que le feutrage de celle-ci est termine.. La formation de la résine, ainsi que sa fixation sur les fibres, commence lors du chauffage consécutif.
Immerger des articles moules complètement feutrés et séchés dans une solution composée de 3 parties d'hexaméthylène- tétramine et de 97 parties de arésol juequ'à ce qu'ils soient complètement imprégnés de liquide. Laisser ensuite égoutter le liquide en excès et chauffer les articles éventuellement dans une installation de récupération pour le crésol chasse par distil lation, en opérant à des températures de 160 à 180 C.
Il se produit alors la condensation de l'aldéhyde avec une fraction équivalente du crésol pour former un produit de réaction résinaIde qui, à cause de son caractère collant, demeure adhèrent sur les fibres: tandis que le crésol en excès s'évapore progresaivement . par chauffage prolongé faire passer le produit de conden sation primitivement fluide à l'état de résine solide irréversible.
Ces exemples d'exécution pourront donner une image suffi- samment claire du procède suivant la présente invention, mais ils. sont loin d'épuiser toutes les possibilités de réalisation.
Il est surtout possible d'employer aussi de nombreuses autres substances comme liants., à condition de les traiter d'une maniés re convenable.