CH439688A

CH439688A - Procédé de traitement d'articles en bois

Info

Publication number: CH439688A
Application number: CH886964A
Authority: CH
Inventors: Fletcher Parks Robert
Original assignee: Steel Heddle Mfg Co
Priority date: 1964-01-24
Filing date: 1964-07-07
Publication date: 1967-07-15
Also published as: FR1406137A; GB1017019A; BE650150A; DE1282904B

Description

Procédé de traitement d'articles en bois
La présente invention se rapporte à un procédé de traitement d'articles fabriqués avec du bois, notamment de bobines et de navettes pour l'industrie textile ; elle vise à conférer à ces articles en bois la stabilité dimensionnelle, l'absence de vides et des surfaces inertes, dures, et résistant à l'abrasion et aux chocs.

Il a été antérieurement proposé d'imprégner des articles en bois avec des résines synthétiques, et en particulier avec des résines thermodurcissables. Ces procédés consistent en une imprégnation avec des polyesters non saturés à modification vinylique. On a cependant trouvé que des bobines imprégnées de ces produits ne résistent pas aux composés lubrifiants et antistatiques couramment appliqués aux brins textiles. L'utilisation prolongée de ces filés tend à ramollir les résines de polyesters habituelles en les décollant de la surface et en formant des dépôts gommeux qui gnent l'utilisation convenable de la bobine.

Un autre inconvénient de ces agents d'impré- gnation réside dans le fait que certains de leurs éléments constitutifs, comme le styrène, sont volatils aux températures de polymérisation nécessaires pour réaliser le durcissement de la résine, de sorte qu'il s'établit dans le bois au cours de la polymérisation, une pression qui refoule la résine hors de pores du bois. Les articles ainsi obtenus renferment ainsi des vides qui diminuent leur résistance à l'abrasion, aux chocs et à l'humidité.

L'invention a pour objet un procédé qui évite les inconvénients précités.

L'invention concerne également un article en bois obtenu par le procédé selon l'invention.

Le procédé selon l'invention consiste en ce qu'on sèche le bois jusqu'à une teneur en humidité suffisamment faible pour empcher que la vapeur d'eau ne s'accumule dans le stade d'imprégnation subséquent en provoquant une exsudation de l'agent d'imprégnation à la surface du bois ; on imprègne le bois avec une résine de polyester ; on enduit le bois imprégné d'un diester diallylique polymère dissous dans un diester diallylique monomère, et ensuite on soumet le bois imprégné et enduit à un traitement de durcissement des résines.

Pour la fabrication de bobines, après un régime normal de séchage en séchoir, il y a intért à ce que la pièce en bois brute soit soumise à des températures aussi élevées que celles qui seront utilisées dans les stades de polymérisation subséquents, avant de procéder à l'usinage de l'article en bois. On a constaté que lorsque le bois est chauffé à des températures supérieures à 710 C environ, il se produit une certaine plastification de la lignine du bois qui permet la disparition automatique des contraintes résiduelles, qui provoqueraient autrement le gauchissement de l'article complè- tement fabriqué.

Lorsque ce gauchissement ou cette disparition de la contrainte se produisent dans l'ébauche brute, on peut fabriquer et traiter une bobine à des températures ne dépassant pas la température de disparition de la contrainte primitive, sans autre gauchissement provenant de la disparition de la contrainte. Les limites pratiques de cette température sont de l'ordre de plus de 1210 C environ, car il ne se produit que peu ou pas de disparition des contraintes à des températures plus basses et dans des limites de temps raisonnables, qui sont de cinq heures environ. Les températures de disparition des contraintes ne doivent pas dépasser 177 C environ, car des températures supérieures à cette valeur tendent à dégrader ou à diminuer les caractéristiques mécaniques du bois.

Une température de 149 C et un séchage préalable en étuve ont pour conséquence une diminution de la teneur en humidité à une valeur qui est presque ou pratiquement nulle ; toutefois, quand on les sort de l'étuve, les ébauches de bobines absorbent lentement de l'humidité de l'atmosphère. On a constaté que le bois éclate d'une manière excessive au cours de l'usinage lorsque sa teneur en humidité est inférieure à 3 /o environ, de sorte qu'une certaine absorption d'hu- midité est extrmement souhaitable. Cependant cette absorption de l'humidité atmosphérique continuerait normalement jusqu'à ce que les ébauches de bobines atteignent leur teneur d'équilibre en humidité qui est de 7 à 12 zozo environ.

Cette teneur plus élevée en humidité n'est pas à désirer, car des bobines imprégnées à cette teneur en humidité engendrent une pression interne venant de la vapeur d'eau emprisonnée dans le centre de la bobine et qui fait que l'agent d'imprégnation ressue à la surface de la bobine. On a déterminé que les limites pratiques de l'humidité, avant l'imprégnation, sont de 3 à 5 /0 environ. La limite inférieure repose sur la qualité d'usinage du bois et la limite supérieure sur le point auquel il se produit un ressuage excessif au cours de la polymérisation de l'agent d'imprégnation.

Ainsi donc, la teneur en humidité, lors de l'usinage, ne doit pas tre inférieure à 3 O/o environ et elle ne doit pas dépasser 5 /o avant l'imprégnation effective de la bobine.

On peut effectuer l'imprégnation initiale dans diverses conditions de vide et de pression. On peut réaliser l'imprégnation en se servant du vide et de la pression atmosphérique, du vide et d'une presion supérieure à celle de l'atmosphère et d'une pression supérieure à celle de l'atmosphère sans vide.

Le cycle de vide ne doit pas tre inférieur à 510 mm de mercure environ et pas supérieur à 675 mm de mercure environ. La limite inférieure du vide est déterminée par l'aptitude à amener une diffusion du sirop imprégnant dans les pores du bois, pour les viscosités normales que l'on trouve à la température ambiante pour le liquide d'imprégnation. La limite supérieure du vide est déterminée de manière à éviter une volatilisation excessive ou l'ébullition de la solution d'imprégnation.

Des cycles sous la pression atmosphérique ou des cycles sous une pression supérieure à celle de l'atmosphère sont déterminés par la viscosité des résines utilisées dans le sirop d'imprégnation et par la profondeur de pénétration qui est en fait à désirer pour l'article en bois.

Les limites pratiques pour la pression supérieure à celle de l'atmosphère sont régies par l'appareillage et les précautions de sécurité et on a établi qu'elles sont comprises entre une pression manométrique nulle et une pression manométrique de 3,5 kg/cm2 environ.

Les articles en forme, dont la teneur en humidité est de 3 à 5 solo en poids environ, sont d'abord imprégnés d'une résine de polyester non saturée, à modification vinylique. L'article ainsi imprégné est ensuite soumis à une seconde opération d'imprégnation avec une solution renfermant une résine thermodurcissable rétifiante, de préférence un phtalate de diallyle polymère dissous dans du phtalate de diallyle monomère et ne renfermant de préférence pratiquement pas d'ingrédients volatils. On peut effectuer le second stade de l'imprégnation par exemple par pulvérisation, par trempage ou par enduction au rouleau.

L'article est ensuite soumis à des conditions de polymérisation qui rétifient le phtalate de diallyle avec le polyester à modification vinylique, ce qui donne un article exempt de vides, dont les dimensions sont stables et ayant une surface inerte, dure et résistant à l'abrasion et aux chocs.

Ainsi qu'on l'a fait remarquer plus haut, il faut pour la première imprégnation que l'article en bois ait une teneur en humidité suffisamment basse pour empcher l'accumulation de vapeur au cours des stades d'imprégnation subséquents, qui provoquerait un ressuage du produit d'imprégnation. La résine de polyester non saturé, à modification vinylique, utilisée dans le premier stade d'imprégnation, est normalement inhibée vis-à-vis de l'air. Lorsqu'on utilise une résine inhibée vis-à-vis de l'air de ce genre, il y a intért à polymériser l'article ainsi imprégné avant de l'enduire avec la résine thermodurcissable rétifiante. Cette polymérisation chasse les matières volatiles de la première substance imprégnante en laissant des vides à la surface du bois et de la résine non polymérisée et exposée,

dont les liaisons sont ouvertes pour se rétifier avec le second agent d'imprégnation. Le produit d'imprégnation formant l'enduit, ou second produit d'imprégnation, remplit ces vides de la surface et se rétifie avec le premier agent d'imprégnation, en réalisant ainsi une liaison mécanique et chimique. La surface résultante est lisse et résiste extrmement bien aux agents chimiques et à la chaleur. Si l'on utilise un agent de polissage, comme une petite quantité de paraffine, on laisse le premier agent d'imprégnation simplement non polymérisé, de telle sorte que ses liaisons soient disponibles pour se retirer avec le second produit d'imprégnation.

Comme exemples de premier produit d'imprégnation il y a des polyesters à modification vinylique, à base d'acides dicarboxyliques non saturés et de glycols. Les acides qui peuvent convenir comprennent l'acide maléique, l'acide fumarique, etc. Les glycols appropriés comprennent l'éthylène glycol, le propylène glycol, le butylène glycol, etc. Le polyester renferme de préférence des esters d'acide dicarboxyliques ne comprenant pas de non-saturation éthylénique, comme l'acide phtalique, l'acide succinique, l'acide adipique, etc. Un polyester préféré est le maléate-phtalate du propylène glycol, qui renferme des quantités sensiblement équimoléculaires d'acide maléique et d'acide phtalique.

L'agent modifiant vinylique peut tre le styrène, l'alpha-méthyl styrène, le vinyl toluène, le divinyl benzène, etc. La quantité présente de monomère vinylique est comprise entre 15 et 60'0/o en poids environ du mélange. Ce mélange comprend également de Q, 2 à 2 /o en poids d'un catalyseur de polymérisation tel que le peroxyde de benzoyle, l'hydroperoxyde du cumène, le peroxyde de la cyclohexanone, le peroxyde de lauroyle ou d'autres catalyseurs de polymérisation bien connus.

Le polymère rectifiant de la seconde imprégnation est de préférence un mélange de phtalate de diallyle ou d'isophtalate de diallyle polymères et monomères. Ce mélange renferme de 10 à 40 ouzo en poids environ de polymère, le reste étant du monomère, plus de 0,2 à 2' /o en poids environ d'un peroxyde comme catalyseur de polymérisation, convenablement du peroxyde de benzoyle, du perbenzoate de butyle tertiaire, etc.

Exemple 1
On sèche des ébauches de bobines en érable du nord, jusqu'à ce que leur teneur en humidité soit de 7 à 12 ouzo en poids environ, dans une étuve sèche à circulation forcée et à ventilation croisée, conformément aux procé- dés et aux plans décrits dans le U. S. Dept. of Agriculture, Dept. Bulletin No 1136) > , intitulé Kiln Drying Handbook . On retire ensuite les ébauches de bobines et les place dans une étuve à circulation d'air et à température contrôlée, à la température de 149 C environ et on les maintient à cette température pendant 5 heures environ.

On retire ensuite les ébauches de bobines de l'étuve et on les laisse refroidir à la température ambiante et on les conserve dans des conditions atmosphé riques pendant 24 heures environ jusqu'à ce qu'elles reviennent à atteindre une teneur en humidité de 3 à 5 /o environ. On peut réduire ou minimum cette période de stockage en remettant les ébauches de bobines dans une étuve à humidité et température contrôlées et en faisant intervenir un contrôle approprié de la température et de l'humidité ; ainsi qu'on l'a exposé dans le manuel de séchage à l'étuve, les ébauches peuvent tre rapidement portées à une teneur en humidité de 3 ID/o environ. On scie ensuite les ébauches de bobines à la longueur exacte, on les perce et on les tourne aux dimensions appropriées.

On charge ensuite dans une chambre d'autoclave de dimensions appropriées le mélange suivant :
Styrène monomère... 37 parties
Peroxyde de benzoyle.. 1 partie
Résine polyester... 62 parties
On fabrique le polyester ci-dessus en chauffant au reflux les composants suivants, après quoi on élimine le xylène par distillation sous vide :
Anhydride malique 1 mole
Anhydride phtalique.. 1 mole
Propylène glycol... 2,2 moles
Xylène...... 0,35 mole
On introduit ensuite dans l'autoclave les bobines en bois tourné et on les maintient en dessous de la surface de la solution d'imprégnation à l'aide de couvercles en métal perforé, lestés. On ferme ensuite l'autoclave et on y fait un vide de 510 à 675mm de mercure environ, que l'on maintient pendant 20 minutes environ.

On met ensuite l'autoclave en communication avec l'atmosphère et on le laisse sous pression atmosphérique pendant 4 minutes environ. On retire ensuite les bobines de l'auto- clave et on les laisse égoutter pendant approximativement 5 minutes puis on les place dans des paniers ou- verts en toile métallique pendant 12 heures environ. On introduit ensuite les bobines dans un tambour culbuteur et on les fait culbuter pendant de 10 à 15 minutes, afin de répartir tout excès de résine qui aurait pu s'agglomérer pendant la période de séchage à l'air. On place ensuite les bobines dans des étuves à circulation d'air chaud et on les chauffe à 71 C pendant 3 heures environ, puis on élève la température à 820 C environ pendant 3 heures de plus environ.

On retire les bobines de et on les fait culbuter pendant 10 à 15 minutes, afin ment 10 à 15 minutes dans le but de faire disparaître toutes les rugosités ou tout le grain apparus au cours du cycle de polymérisation.

On pulvérise ensuite sur les bobines le mélange suivant :
Phtalate de diallyle monomère.. 200 parties
Phtalate de diallyle polymère.. 50 parties
Peroxyde de benzoyle..... 5 parties
On cuit les bobines pendant à peu près une heure à 149 C environ et on les enfile sur une broche tournant à 3400 tours/minute environ et on les passe à la laine métallique pour produire un fini mat uniforme. Les bobines ainsi obtenues font preuve d'une excellente résistance à l'abrasion et aux chocs et ne présentent pas d'effets nuisibles provenant des agents antistatiques ou des lubrifiants pour textiles. Dans l'exemple ci-dessus, toutes les parties et tous les pourcentages sont exprimés en poids.

Exemple n
Après que les ébauches ont été mises en forme comme on l'a exposé dans l'exemple L on charge la chambre de l'autoclave d'une résine de polyester fabriquée en chauffant au reflux les ingrédients suivants, après quoi on élimine le xylène en le distillant sous vide :
Anhydride malique 1 mole
Anhydride phtalique.. 1 mole
Propylène glycol... 2, 2 moles
Xylène 0, 35 mole
On place ensuite dans l'autoclave les bobines en bois tourné et on les maintient en dessous de la surface de la solution d'imprégnation à l'aide de couvercles métalliques perforés et lestés. On ferme ensuite l'autoclave ; on fait dans le récipient un vide de pas moins de mm de mercure et de pas plus de 675 mm de mercure et on le maintient pendant 20 minutes environ.

On met l'au- toclave sous la pression de 3,15 kg/cm2 et on y laisse les bobines pendant 20 minutes environ. On retire ensuite les bobines de l'autoclave et on les laisse égoutter pendant 5 minutes environ. On introduit ensuite les bobines dans un tonneau basculeur et on les fait basculer pendant 10 à 15 minutes pour répartir tout excès de résine qui aurait pu s'agglomérer pendant la période de séchage à l'air. On met ensuite les bobines dans une étuve à circulation d'air chaud et on les chauffe pendant 3 heures à 71 C, puis on élève la température à 820 C pendant 3 heures de plus. Pour le reste du traitement, on procède comme on l'a exposé dans l'exemple I cidessus.

L'invention est exposée ci-après en se référant au dessin annexé, sur lequel :
La fig. 1 est une vue en coupe verticale montrant le bois d'une bobine traitée conformément à la présente invention, et :
La fig. 2 est une représentation en coupe horizontale, agrandie, prise suivant la ligne 2-2 de la fig. 1 et dont la partie superficielle est exagérée pour que la figure soit plus claire.

Si l'on se reporte maintenant plus particulièrement au dessin, la lettre W désigne la bobine ou arbre creux.

La partie de la bobine voisine de sa surface qui est imprégnée dans le premier stade d'imprégnation est dé- signée par 10. L'agent d'imprégnation déposé dans la seconde imprégnation est désigné par 11. Il y a lieu de remarquer que les pores 12 du bois sont laissés au moins partiellement non remplis par le premier agent d'impré- gnation. Ces ouvertures sont remplies en lla par le second agent d'imprégnation, pour former une liaison mécanique. Une mince pellicule llb du second agent d'imprégnation recouvre la bobine.

Il y a lieu de remarquer, en se reportant à la fig. 1, que la pénétration du premier agent d'imprégnation est maximale dans les zones avoisinant la tte du grain du bois, comme il est indiqué en 13, et qu'elle est minimale dans les zones avoisinant la partie des fibres torses, comme il est indique en 14. Cette pénétration donnant des bobines conformes aux exemples donnés ici meme varie depuis 6, 35 mm environ dans les zones de pénétration maximale, jusqu'à 1,5 mm environ dans les zones de pénétration minimale. Ainsi il n'est pas nécessaire que l'agent d'impré- gnation pénètre complètement au travers de l'article, bien que cela puisse, si on le désire, se réaliser.

Le procédé d'imprégnation selon l'invention et que l'on vient de décrire augmente la dureté Barco du bois de 35 à 50 pour l'érable brut jusqu'à 75 à 90 pour la bobine imprégnée terminée. On trouve qu'il se produit une augmentation similaire de la dureté pour le cornouiller utilisé dans la fabrication de navettes impré- gnées.

REVENDICATIONS
I. Procédé de traitement d'articles en bois en vue d'améliorer leur résistance à l'abrasion et aux chocs, comprenant une imprégnation résineuse, caractérisé par le fait qu'on sèche le bois jusqu'à une teneur en humidité suffisamment faible pour empcher que la vapeur d'eau ne s'accumule dans le stade d'imprégnation subsé- quent en provoquant une exsudation de l'agent d'impré- gnation à la surface du bois ; on imprègne le bois avec une résine de polyester ; on enduit le bois imprégné d'un diester diallylique polymère dissous dans un diester diallylique monomère, et ensuite on soumet le bois imprégné et enduit à un traitement de durcissement des résines.

II. Article en bois obtenu par le procédé selon la revendication I.

Claims

SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé selon la revendication L caractérisé par le fait que l'ester diallylique polymère est du phtalate de diallyle polymère et le diester diallylique monomère est du phtalate de diallyle monomère.

2. Procédé selon la revendication I, caractérisé par le fait que l'on imprègne le bois avec un mélange de styrène monomère et d'une résine de maléate-phtalate de propylène glycol.

3. Procédé selon la revendication I, caractérisé par le fait qu'on chauffe une ébauche en bois entre 121 et 1770 C pour supprimer les contraintes à l'intérieur du bois ; on rétablit la teneur en humidité du bois à 3 à 5 O/o en poids environ ; on donne au bois la forme de l'article désiré ; on imprègne le bois avec une résine de polyester non saturé à modification vinylique ; on enduit le bois imprégné d'un diester diallylique polymère dissous dans un diester diallylique monomère et ensuite on soumet le bois enduit au traitement de durcissement.

4. Procédé selon la revendication I, caractérisé par le fait qu'on imprègne le bois avec une résine de polyester non saturée à modification vinylique ; on soumet le bois à un traitement de polymérisation de la résine en conservant à celle-ci des possibilités réactives et en chassant les produits volatils ; on enduit le bois d'un diester diallylique polymère dissous dans un diester diallylique monomère, et on soumet le bois enduit à un traitement de durcissement amenant une réticulation entre la pre mière et la seconde résine et leur liaison mécanique.

5. Procédé selon la revendication I, caractérisé par le fait que le traitement de durcissement consiste en un chauffage.

6. Article en bois selon la revendication II, caracté- risé en ce qu'il se présente sous forme d'une bobine ou navette pour l'industrie textile.