L’effect des matériaux de base sur la fabrication des panneaux de fibres de densité
moyenne à été étudié.
Les propriétés mécaniques et la stabilité dimensionnelle des panneaux de fibres de densité
moyenne (MDF) faits à partir d’épinette noire (Picea mariana (mill.) BSP.) d’âge de 1-20,
21-40, et plus de 40 ans ont été étudiées. Une analyse de la covariance (ANCOVA) a été
faite pour examiner les différences de module de la rupture (MOR), de module d'élasticité
(MOE), et de gonflement en épaisseur (TS) pour les trois types de panneaux, alors que la
densité des panneaux était traitée comme une covariante afin d’ajuster les valeurs
moyennes qui ont été en partie attribuées à la densité des panneaux. Les résultats indiquent
que les MOR, la cohésion interne (IB), et l’absorption d’eau des panneaux de fibres de
densité moyenne faits à partir de fibres de 1-20 ans, donc contenant 100 % de bois juvénile,
étaient sensiblement supérieurs à ceux des panneaux faits à partir de fibres de 21-40 et plus
de 40 ans alors que l’expansion linéaire (LE) des panneaux de fibres de densité moyenne
faits à partir de fibres de 1-20 ans était sensiblement plus grande que celle des panneaux
provenant du bois des deux autres classes d’âge. Les différences dans les MOR, IB,
l’absorption d’eau, et l’expansion linéaire entre les panneaux faits à partir de fibres de 21-
40 et plus de 40 ans n’étaient pas significatives. Les comparaisons de MOE et TS des
panneaux dépendent relativement de la densité des panneaux et cela est dû à l’existence
d’interactions avec les trois catégories d’âge.
Les propriétés mécaniques et la stabilité dimensionnelle des MDF faits à partir de billes du
haut, de mi-hauteur, et du bas de troncs d’épinettes noires ont été étudiées. Une analyse de
covariance (ANCOVA) a été faite pour examiner l’effet de la position du tronçon dans
l’arbre sur les MOR et MOE employant la densité de panneaux équilibrée à 22 oC et 65 %
comme covariante. Les résultats indiquent que MOE et IB des panneaux de fibres de
densité moyenne faits à partir de tronçons du haut et à la mi-hauteur sont sensiblement
supérieurs à ceux des panneaux faits à partir du tronçons du bas; cependant, il n’y avait
aucune différence significative entre les MOE et IB des panneaux faits à partir des billes du
ii
haut et à la mi-hauteur. L’absorption d’eau des panneaux faits à partir de tronçons du haut
et mi-hauteur est sensiblement inférieure à celle des panneaux faits à partir de billes du bas,
et la différence dans l’absorption d’eau entre les panneaux faits à partir de billes du haut et
à la mi-hauteur n’était pas significative. Le TS des panneaux faits à partir des tronçons du
haut était la plus basse parmi celle des trois types des panneaux et était sensiblement
différente de celles des panneaux faits à partir de tronçons à la mi-hauteur et du bas. Les
panneaux faits à partir de billes du bas ont donné les plus hauts TS, qui étaient sensiblement
différents de ceux des panneaux faits à partir des billes du haut et de mi-hauteur. Les
différences dans le LE parmi les panneaux faits à partir de tronçons du haut, à la mihauteur,
et du bas n’étaient pas significatives. La comparaison des MOR des panneaux faits
à partir de tronçons du haut, à la mi-hauteur, et du bas dépendait de la densité de panneau
dû à l’existence d’interactions avec les trois groupes. La densité des panneaux a un effet
considérable sur leur MOR et MOE, cependant, son impact sur IB, LE, TS et l’absorption
de l’eau n’était pas significatif dans cette étude. Des relations linéaires entre MOR, MOE et
la densité des panneaux ont été trouvées et des équations décrivant ces relations ont été
développées.
Les propriétés en flexion, de cohésion interne, et stabilité dimensionnelle des panneaux
MDF faits à partir des trois clones du peuplier (Populus. spp.) avec le code 915303,
915311, et 915313 ont été étudiés. L’analyse de variance et l’analyse de covariance ont été
exécutées dans cette étude pour examiner les différences dans les MOR et MOE des
panneaux MDF faits à partir des trois hybrides de peuplier. Les résultats indiquent que les
MOR des panneaux fabriqués à partir du clone 915311 étaient sensiblement plus élevés que
ceux des panneaux faits à partir du clone 915303 ou 915313; cependant, il n’y avait aucune
différence significative dans les MOR entre les panneaux faits à partir du clone 915303 ou
915313. Les MOE des panneaux de fibres de densité moyenne faits à partir du clone
915311 ont été les plus élevés, et sensiblement différents de ceux des panneaux faits à
partir du clone 915303 ou 915313; Les MOE des panneaux faits à partir du clone 915303
étaient les plus bas et sensiblement inférieurs à ceux des panneaux du clone 915313. Les
panneaux MDF faits à partir des deux clones 915303 et 915311 étaient supérieurs aux
panneaux faits à partir du clone 915313 en ce qui concerne la cohésion interne; mais il n’y avait aucune différence significative dans la cohésion interne entre les panneaux faits à
partir du clones 915303 ou 915311. La stabilité dimensionnelle des panneaux de fibres de
densité moyenne a été évaluée par LE, TS, et l’absorption d’eau, et aucune différence
significative n’a été trouvée parmi les trois types de panneaux. Cette étude montre un effet
significatif de variation clonale du peuplier hybride sur les propriétés en flexion et le lien
interne des panneaux de MDF, et suggère que des améliorations des panneaux MDF dans
les propriétés en flexion et de cohésion interne peuvent être faites en choisissant un ou
plusieurs hybrides. De plus, la densité des panneaux était un facteur considérable
influençant les MOR et MOE des panneaux MDF et des relations linéaires significatives
entre les MOR, MOE et la densité des panneaux ont été obtenues.
La possibilité d’employer le bois de mélèze comme matériau de base pour la fabrication
des panneaux MDF a été étudiée. Des panneaux de fibres de densité moyenne ont été
fabriqués en laboratoire à partir de fibres produites du bois de mélèze, et des panneaux faits
à partir des fibres tirées d’épinette, pin, et sapin (S-P-F) ont été étudiés comme contrôle.
Dix pourcent de résine d’urée-formaldehyde (UF) et 0,5 % de cire ont été mélangés avec
les fibres produites à partir du mélèze et du bois de S-P-F. Les programmes de pression et
de température utilisés pour le pressage des panneaux ont été maintenus identiques pour les
deux types de panneaux. Selon le standard américain national standard ANSI A 208.2-2002
pour l’évaluation des panneaux MDF pour application intérieure, les MOR, MOE, et IB des
panneaux faits avec du bois de S-P-F satisfont aux conditions de la catégorie 120. Les
MOR et MOE des panneaux faits à partir du bois de mélèze étaient inférieurs à ceux des
panneaux faits à partir de S-P-F. Cependant, cette différence peut être compensée en
optimisant les paramètres de pressage afin d’acquérir un profil de densité optimisé dans les
panneaux. De plus, les propriétés des panneaux faits à partir du bois de mélèze ont pu être
améliorées par manipulation des paramètres de raffinage pour réduire la proportion de fines
dans la fibre. On peut conclure que le mélèze est utilisable comme matériau de base pour la
fabrication de panneaux MDF.
iv
La relation entre les propriétés de panneaux MDF et les caractéristiques du bois et des
fibres a été étudiée dans ce travail. Les panneaux MDF ont été manufacturés en laboratoire
à partir de différentes espèces et types de bois, qui étaient du bois d’épinettes noires agées
de 1-20, 21-40, et plus de 40 ans, ainsi que les billes du haut, de la mi-hauteur, et du bas
d’arbres d’épinettes noires, de trois clones de peuplier, de mélèze, et d’un mélange
d’épinette, pin, et sapin. Les propriétés mécaniques des panneaux évaluées ont été le
module de rupture (MOR), le module d’élasticité (MOE) en flexion, et la cohésion interne
(IB), ainsi que la stabilité dimensionnelle évaluée par l’expansion linéaire (LE), le
gonflement en épaisseur (TS), et l’absorption d’eau (WA), qui ont été analysées comme
variables de réponse dans l’étude. Diverses caractéristiques du bois et de la fibre, telles que
la densité du bois, son pH et sa capacité tampon basique, le pH de la fibre et sa capacité
tampon basique, la longueur moyenne arithmétique des fibres, leur largeur, le pourcentage
de fines des fibres, le pourcentage de fibres réparties dans les tamis de taille >3,240 mm2,
0,828 mm2, 0,281 mm2, 0,017 mm2, et sur le tamis 0,017 mm2, ont été mesurées, et ont été
utilisées comme variables prédictrices. L’analyse de régression linéaire multiple a été
utilisée afin de mettre en évidence les rapports fonctionnels entre les propriétés des
panneaux et les caractéristiques des bois et de la fibre. Les résultats indiquent que le
module de rupture est négativement lié au pourcentage arithmétique moyen de fibres fines.
Le module d’élasticité est affecté négativement par le pourcentage de petites particules (<
taille 0,017 mm2) dans la pâte, et également lié au pH du bois et à d’autres caractéristiques
du bois et de la fibre qui n’ont pas été mesurées et analysées. La cohésion interne dépend
négativement du pourcentage arithmétique moyen de fibres fines, mais est amélioré par un
contenu croissant de petites particules (< taille 0,017 mm2). Le pH de la fibre a eu un effet
négatif sur le test de tension perpendiculaire. Les résultats indiquent également que la
cohésion interne est liée à d’autres caractéristiques inconnues du bois et des fibres qui n’ont
pas été incluses dans l’analyse. L’expansion linéaire du panneau s’est avérée être
négativement liée à la densité du bois, et reliée à d’autres caractéristiques du bois et de la
fibre qui n’ont pas été mesurées. Le gonflement en épaisseur a été négativement affecté par
la longueur arithmétique moyenne des fibres. La largeur arithmétique moyenne des fibres a
un effet négatif sur l’absorption d’eau des panneaux. Les valeurs des MOR, MOE et IB
sont liées au contenu de fibres fines indiquant un rôle significatif du processus de raffinage. / The effect of raw material on the properties of medium density fiberboard (MDF) panels
was investigated.
Strength properties and dimensional stability of medium density fiberboard (MDF) panels
made from black spruce (Picea mariana (Mill.) BSP.) fibers of 1-20, 21-40, and over 40
year-old were studied. An analysis of covariance (ANCOVA) was performed to examine
the differences in modulus of rupture (MOR), modulus of elasticity (MOE), and thickness
swell (TS) of the three types of panels, while panel density was treated as a covariate in
order to adjust the mean values that were partly attributed to panel density. Results indicate
that MOR, internal bond (IB), and water absorption of MDF panels made from 1-20 yearold
fibers, were significantly superior to those of panels made from 21-40 and over 40 yearold
fibers; but linear expansion (LE) of MDF panels made from 1-20 year-old fibers was
significantly larger than that of panels from the other two age classes. The differences in
MOR, IB, water absorption, and LE between panels made from 21-40 and over 40 year-old
fibers were not significant. Comparisons of panel MOE and TS between the three age
classes were relatively dependant on panel density due to the existence of interactions
between the age classes.
Strength properties and dimensional stability of MDF panels made from black spruce
(Picea mariana (Mill.) BSP.) top, mid, and butt logs were studied. ANCOVA was
conducted to examine the effect of log position in the tree on panel modulus of rupture and
modulus of elasticity using the density of panels that were equilibrated at 22 oC and 65 %
relative humidity (RH) as a covariate. Results indicate that MOE and IB of MDF panels
made from top and mid logs were significantly superior to those of panels made from butt
logs; however, there was no significant difference in MOE and IB between panels made
from top and mid logs. Water absorption of panels made from top and mid logs was
significantly lower than that of panels from butt logs, and the difference in water absorption
between panels made from top and mid logs was not significant. TS of panels made from
top logs was the smallest among the three types of panels and was significantly different
vi
from that of panels made from mid and butt logs. The panels made from butt logs yielded
the highest TS, which was significantly different from the other two types of panels. The
differences in LE between the panels made from top, mid, and butt logs were not
significant. Comparison of MOR between panels made from top, mid, and butt logs was
dependant on panel density due to the interactions between the three groups. Panel density
affected both panel MOR and MOE considerably, however, its impact on IB, LE, TS, and
water absorption was not significant in this study. Equations describing the relationships
between MOR, MOE and panel density were developed.
Flexural properties, internal bond strength, and dimensional stability of MDF panels made
from three hybrid poplar (Populus spp.) clones with codes 915303, 915311, and 915313
were studied. The analysis of variance (ANOVA) and ANCOVA were both performed to
test the differences in MOR and MOE of MDF panels made from the three poplar hybrids.
Results indicate that MOR of MDF panels made from clone 915311 was significantly
higher than that of panels made from clones 915303 or 915313; however, there was no
significant difference in MOR between panels made from clones 915303 or 915313. MOE
of panels made from clone 915311 was the highest, and significantly different from that of
panels made from either clone 915303 or 915313; MOE of panels made from clone 915303
were the smallest and significantly lower than that of panels from clone 915313. MDF
panels made from both clones 915303 and 915311 were superior to those panels made from
clone 915313 in IB strength; but there was no significant difference in IB between panels
made from clones 915303 or 915311. Dimensional stability of MDF panels was evaluated
by LE, TS, and water absorption, and no significant differences were found between the
three types of panels. This study shows a significant effect of hybrid poplar clonal variation
on panel flexural properties and internal bond strength. This suggests that improvements in
MDF panel flexural properties and internal bond strength may be achieved through tree
breeding. Additionally, panel density was a factor influencing MDF panel MOR and MOE
considerably; as significant linear relationships between MOR, MOE and panel density
were determined. Feasibility of using two exotic larch species Larix gmelinii and Larix sibirica as raw
material for MDF panel manufacturing was studied. Laboratory MDF panels were
fabricated from fibers of these two individual larch species mixed with an approximate
proportion of 4:1, and the properties of MDF panels made from fibers of spruce, pine, and
fir (S-P-F) were studied as a control. A 10 % urea-formaldehyde (UF) resin and 0.5 % wax
were blended with the fibers that were generated from larch and S-P-F. The schedule and
temperature used for panel hot-pressing were kept constant when making the two types of
panels. According to American National Standard ANSI A 208.2-2002 for evaluation of
MDF panels for interior application, the MOR of the panels made from larch and S-P-F
both met the requirement of Grade 120. The MOE of the panels made from larch did not
meet the ANSI minimum requirement; the MOE of panels made from S-P-F met the
requirement of Grade 120. Larch panels produced favorable internal bond strength
compared to the panels made from S-P-F. IB of larch panels was 0.78 MPa, and met the
requirement of ANSI grade 140. MOR and MOE of panels made from larch were lower
than those of panels made from S-P-F. This difference can be compensated through
optimizing hot-pressing parameters so as to acquire desirable panel density profile.
Additionally, the properties of MDF panels made from larch can be improved by properly
manipulating refining parameters to reduce fine fiber content in the pulp. It was also found
that linear expansion of the panels made from larch was significantly higher than that of the
panels fabricated from S-P-F. According to ANSI/AHA A 135.4-1995 standard for basic
hardboard, thickness swell and water absorption of the two types of panels were below the
maximum specified values. It can be concluded that it is feasible to use the two exotic larch
species as raw material for MDF panel manufacturing, although they are still inferior to SP-
F.
Properties of MDF panels in relation to wood and fiber characteristics were investigated.
Laboratory MDF panels were manufactured from raw fiber materials of black spruce
(Picea mariana (Mill.) BSP.), hybrid poplar clones (Populus spp.), two exotic larch (Larix
gmelinii and Larix sibirica), and a mix of spruce, pine, and fir (S-P-F) wood chips. The
panels were evaluated for MOR, MOE, IB, LE, TS, and water absorption (WA). These
properties were analyzed as response variables. As predictor variables, various wood and
viii
fiber characteristics were measured including wood density, pH and base buffering capacity
and fiber coarseness. Multiple linear regression analysis was performed to develop the
functional relationships between panel properties (response variables) and wood fiber
characteristics (predictor variables). Ten dummy variables were created and incorporated
into the analysis to examine the effects of wood species or type on MDF panel properties.
MOR was negatively related to arithmetic fine percentage. MOE was negatively affected
by the percentage of small particles which can pass through the mesh with size of 0.017
mm2 (mesh size smaller than 0.017 mm2) and wood pH. IB strength was negatively related
to arithmetic fine percentage and fiber pH, but positively related to the percentage of small
particles (mesh size smaller than 0.017 mm2). Wood density affected LE. TS was
negatively affected by arithmetic mean fiber length. Arithmetic mean fiber width had a
negative effect on panel WA. The presence of the dummy variables in MOE, IB, and LE
models indicates that wood fiber characteristics other than those measured in this study
affected panel MOE, IB, and LE significantly. The study indicates that refining process can
play a significant role in manipulating MDF panel properties.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QQLA.2006/23592 |
| Date | 05 1900 |
| Creators | Shi, Jun Li |
| Contributors | Riedl, Bernard, Zhang, S.Y. Tony |
| Publisher | Université Laval |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | text/html, application/pdf |
| Rights | © Jun Li Shi, 2006 |
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