1. Introdução2. Conceitos

3. Classificação dos painéis4. Características da matéria-prima

5. Adesivos e aplicações6. Sistema de produção

7. Reforço laminar8. Geração, classificação, secagem e geometria

9. Formação do colchão, prensagem e acabamento

10. Vídeo

1. INTRODUÇÃO

Introdução

TENDÊNCIAS DE MERCADO - PAINÉIS DERIVADOS DE MADEIRAIntrodução

• Anos 90 nenhum outro segmento do setor florestal brasileiro apresentou taxas de crescimento similares aos da indústria de painéis de madeira.

• Os principais motivos desse crescimento foram:

– a instalação de novas unidades produtoras;

– a busca de novas tecnologias de produção;

– a modernização do pátio industrial;

– investimento em pesquisa;

– formação de mão de obra especializada.

Crescimento brasileiro de aglomerado (13,6% superior ao mundial: 5,8%.) pode estar associado a três fatores principais:

A. Necessidade de substituição do uso da madeira maciça na indústria moveleira e na construção civil ;

B. Evolução tecnológica (melhor usinagem dos painéis aglomerados);

C. Melhoria da percepção do consumidor final sobre a qualidade do aglomerado (MDP).

• Surgiram na Alemanha, no início da década de 40, como forma de viabilizar a utilização de resíduos de madeira;

• Dificuldades na obtenção de madeiras de boa qualidade para produção de lâminas para compensados...

• A partir da década de 60 ... grande evolução das instalações industriais e avanços tecnológicos ... culminaram no desenvolvimento de chapas estruturais, “waferboard” “OSB”

CHAPAS DE PARTÍCULAS DE MADEIRA AGLOMERADA

2. CONCEITO

1) Painel produzido com pequenas partículas

(slivers) de materiais lignocelulósicos

(geralmente madeira), com a incorporação de

“adesivo sintético” e reconstituídos numa

matriz randômica consolidados através de

aplicação de calor e pressão em uma “prensa a

quente”.

Conceito – Painel aglomerado

• o termo partículas refere-se às partículas de todos tamanhos (slivers, flakes, wafers e strands);

• as partículas finas «slivers» são utilizadas para a fabricação de painéis de partículas aglomeradas – comp. // à grã 4x espessura;

Conceito – Painel aglomerado

• as partículas grosseiras «flakes», «wafers» e «strands» são utilizadas para a fabricação dos painéis do tipo «flakeboard», «waferboard» e «orientedstrandboard», respectivamente;

• «strand» pode ser um «wafer» apresentando um comprimento 2x maior que a largura (Maloney, 1998).

Conceito – Painel aglomerado

3. CLASSIFICAÇÃO DOS PAINÉIS

tipo partícula

Aglomerados comerciais - tipos

1) Aglomerado Natural

2) Aglomerado Decorativo BP (Baixa Pressão)

3) Aglomerado Decorativo FF

3.1. Aglomerados comerciais - tipos

1) Aglomerado Natural

Produzido a partir da aglomeração de partículas de madeiraselecionadas, as quais são misturadas com resina UF eprensadas a altas temperaturas (140ºC)

3 camadas (interna é de partículas mais grossas: sustentação evolume ao painel; e duas camadas externas de partículas maisfinas perfeitamente lisas – garantem melhor acabamento eestabilidade quando pintadas ou revestidas)

Usos ... móveis em geral, revestimento de interior paraconstrução (forros lisos, divisórias, portas, pisos, ...)

2) Aglomerado Decorativo BP (Baixa Pressão)

É um painel de aglomerado natural revestido com papeldecorativo colado com resina melamínicas – adesão por fusão daplaca sob condições de pressão e temperatura;

Painel com superfície totalmente fechada, livre de poros, duro eresistente a ação de líquidos agressivos de uso doméstico, aodesenvolvimento de microorganismo, ao desgaste e ao calor.

Usos ... fabricar móveis de cozinhas, banheiros, oficinas,portas, divisões, ... Mais recentemente em pisos.

Aglomerados comerciais - tipos

Aglomerados comerciais - tipos

3) Aglomerado Decorativo FF

Painel de aglomerado natural revestido com lâminasdecorativas "finish foil" (lâminas de celulose) tratadas comverniz e com opções de acabamento;

Varia conforme a exigência, a necessidade e tendências demercado.

Usos: na indústria de móveis em geral. É recomendado parausos verticais.

Aglomerados comerciais – Tamanho das partículas

A. Painéis de partículas aglomeradas ou painéis aglomerados (Particleboards)

B. Painéis de partículas do tipo «flake» (Flakeboards)

C. Painéis de partículas do tipo «wafer» (Waferboards)

D. Painéis de partículas orientadas do tipo “strand’ (OSB)

3.2. Classificação – tamanho das partículas

A. Painéis de partículas aglomeradas ou painéis aglomerados (Particleboards)

• Painéis fabricados a partir de partículas finas combinadas com

um adesivo ou outro tipo de aditivo, consolidados através da

aplicação de calor e pressão em prensa quente;

• É o mais utilizado no mundo pela indústria moveleira, sendo

desta forma o maior competidor do MDF «Medium Density

Fiberboard».

Painéis de partículas aglomeradas ou painéis aglomerados (Particleboards)

• MDF 600 a 800 kg m-3, mais leve, tem propriedades mecânicas superiores (maior resistência ao arrancamento e fixação de parafusos); produzido a partir da transformação da madeira em fibras misturadas a resinas e prensadas em prensa contínua

• MDP 600 a 800 kg m-3, especialmente indicado para a produção de móveis residenciais e comerciais de linhas retas, que não exijam usinagens em baixo relevo, entalhes ou cantos arredondados.

– Usos ... portas retas, laterais de móveis, prateleiras, divisórias, tampos retos, tampos pós-formados, base superior e inferior, além de frentes e laterais de gaveta;

– É encontrado com revestimento melamínico em BP (Baixa Pressão), FF (FinishFoil) ou sem revestimento para aplicação de lâminas de madeira

MDP

CARACTERÍSTICAS

• Alta densidade das camadas superficiais (assegura um acabamento superior nos processos de impressão, pintura e revestimento)

• Produção com o conceito de 3 camadas: colchão de partículas no miolo e camadas finas nas superfícies

• Homogeneidade e grande uniformidade das partículas das camadas externas e interna

Painéis de partículas aglomeradas ou painéis aglomerados (Particleboards)

Características

• Propriedades mecânicas superiores: melhor resistência ao

arrancamento de parafuso, menor absorção de umidade e

empenamento

• Utilização de resinas especiais de última geração

• Utilização de madeiras selecionadas provenientes de florestas plantadas

... questão econômica e ecologicamente sustentável

• Densidade média próxima de 0,65 g cm-3 (mais leve – comercial)

• Menor absorção de umidade (aglomerado convencional)

MDP

Painéis de partículas aglomeradas ou painéis aglomerados (Particleboards)

MDP

Painéis de partículas aglomeradas ou painéis aglomerados (Particleboards)

MLP ou LDP (Low Density Particleboard) pinus UF entre 200 e 500 kg m-3

prensados na temperatura de 150 ºC

B. Painéis de partículas do tipo «flake» (Flakeboards)

• Painéis fabricados a partir de partículas grosseiras de

formato retangular, chamadas de “flakes” combinadas

com um adesivo resistente à água e eventualmente com

outros aditivos, consolidados através da aplicação de

calor e pressão em prensa quente.

3.2. Classificação – tamanho das partículas

C. Painéis de partículas do tipo «wafer» (Waferboards)

• Painéis estruturais fabricados a partir de partículas grosseiras de

formato quadrangular ou ligeiramente retangular, chamadas de “wafers”

combinadas com um adesivo resistente à água e eventualmente com

outros aditivos, consolidados através da aplicação de calor e pressão em

prensa quente;

• Os primeiros waferboards apresentavam uma distribuição aleatória das

partículas. Posteriormente, as indústrias começaram a produzir o

oriented waferboards, o antecessor dos painéis OSB.

3.2. Classificação – tamanho das partículas

• Originaram-se dos Waferboards;

• Fabricados a partir de partículas grosseiras tipo “strand’, com adesivo resistente (FF) à água com aplicação de calor e pressão em prensa quente.

• Partículas formato alongado (comp. máx.: ±110 mm e larg. máx.: ±25 mm);

• Painéis de 3-5 camadas as superficiais são orientadas de acordo com o comprimento do painel as internas (2-3 camadas) são geralmente orientadas perpendicularmente às camadas superficiais;

D. Painéis de partículas orientadas do tipo “strand’ (OSB)

3.2. Classificação – tamanho das partículas

• Por isso são Strandboards - OSB.;

• 1ª fábrica OSB 2001 empresa chilena MASISA Brasil em

Ponta Grossa, PR 2008, 75% da linha de produção foi

adquirida pela norte-americana Louisiana-Pacific (maior

fabricante mundial de painéis estruturais para construção

civil);

• Estruturais: paredes, tetos e forros.

3.2. Classificação – tamanho das partículas

4. CARACTERÍSTICAS DA MATÉRIA-PRIMA

Características da matéria-prima

• Principais matérias-primas (Iwakiri, 2005): – madeira, adesivo e aditivos químicos (parafina, retardantes

de fogo, produtos preservantes (fungos e insetos).

• Acidez da madeira (4,0 a 5,5), extrativos;

• Nós;

• Baixa densidade baixa a média (alta densidade);

• Má formação dos lenhos;

• Razão de compactação (Dp/Dm > 1,3); min. de 1,1

• As mais utilizadas são as espécies de coníferas;

• Folhosas são utilizadas em menor escala e podem ser feitas misturas de espécies.

4.1. Razão de compactação

Rc = Razão de compactaçãoDp = Densidade do painelDm = Densidade da madeira

Madeiras de baixas densidades

proporcionam uma boa razão de

compressão !!!

4.2. Razão de esbeltez, superfície específica e teor de adesivo

Se : superfície específica das partículas (m² Kg-1);e : espessura das partículas (mm);D: densidade das partículas (kg m-3).Re: Razão de esbeltezC: comprimento da partícula(mm)

Exercícios

1) Calcular a razão de compactação de um painel aglomerado de 0,52 g cm-3, sabendo que a densidade da madeira utilizada foi de 0,45 g cm-3.

2) Para a produção de dois painéis (A e B), com a mesma densidade (0,52 g cm-3) e as mesmas dimensões (comprimento, largura e espessura), a massa de partículas necessária para sua composição será a mesma?

RC = 𝐷𝑝

𝐷𝑚RC =

0,52

0,45⇒ 𝑅𝐶 = 1,16

Sim

Exercícios

3) Ainda com base no exercício anterior, e utilizando duas espécies de densidades diferentes (A = 0,48 g cm-3 e B = 0,67 g cm-3):

- Qual será a razão de compactação em ambos painéis ?

- Qual terá maiores propriedades mecânicas?

- Por quê?

- Qual terá maior inchamento em espessura?

- Por quê?

RC1 = 1,08RC2 = 0,77

Painel 1 – Devido a maior RC – maior compressão das partículas

Painel 1 – Devido a maior liberação das tensões de compressão

MDP

Painéis de partículas aglomeradas ou painéis aglomerados (Particleboards)

4) Qual massa de partículas de madeira será necessária para formar um painel de densidade final de 0,70 g cm-3? Sendo suas dimensões de 40cm x 40cm x 1,8cm. Considere uma umidade de 15%. Desconsidere outros parâmetros.

Exercícios

𝐷 =𝑚

𝑣0,70 =

𝑚

40 𝑥 40 𝑥 1,27𝑚 = 1.422,40 g de madeira a.s.

𝑚 = 1.422,40 x 0,15% m = 1.635,76 g de madeira

5. ADESIVOS E APLICAÇÃO

• Para escolha do tipo de adesivo, é importante que este apresente as seguintes características:

(1) alta reatividade para garantir um tempo de prensagem curto;

(2) contribuição à redução do inchamento em espessura dos painéis, e

(3) baixas emissões de formaldeído, o qual pode gerar odores fortes e problemas de saúde (Dunk, 1999).

Adesivos

Adesivos

- 5 a 10% do peso seco das partículas;

- Principais:

- uréia-formaldeído (uso interno);

- fenol-formaldeído (chapas estruturais, alta resistência à umidade);

- melamina-formaldeído (alto custo, pode ser misturada à uréia-formaldeído para melhorar a estabilidade dimensional)

• Utilizado entre 6 e 10% baixo custo e rápida polimerização à quente facilidade de utilização disponibilidade resistência cor branca ou incolor;

• A reação entre a uréia e o formaldeído é reversível decompõe-se na presença de água baixa estabilidade dimensional limita a utilização à aplicações internas (Margosian, 1995).

• O adesivo UF se polimeriza em meio ácido (pH entre 5,0 e 5,5) e a altas temperaturas;

• a UF exige temperaturas mínimas de 100 °C no centro do painel durante um período mínimo de 2 minutos.

Adesivos

(A) Uréia-formaldeído (UF)

• Utilizado em menor escala;

• Sendo utilizado principalmente na fabricação de painéis estruturais que requerem alta resistência a umidade, tais como OSB, waferboards e flakeboards (Iwakiri, 2005);

• Normalmente, utiliza-se 8% FF para produção (Cloutier, 1998).

Adesivos

(B) Fenol-formaldeído (FF)

• Apresenta um alto custo e uma baixa capacidade de armazenamento;

• Pode ser combinada com a UF ou a FF até 25% (porcentagem de sólidos de MF em relação a porcentagem de sólidos da UF)

melhora a estabilidade dimensional dos painéis

confere maior resistência à água;

• Proporciona menor queda do pH após a adição do catalisador devido a capacidade tampão da melamina;

• Há aumento do tempo de gel com a incorporação de melamina tempo de prensagem de painéis encolados com MUF pode aumentar de 1 a 2 s mm-1.

Adesivos

(C) Melamina-formaldeído (FF)

5.1. Aditivos químicos

Catalisador ou endurecedor:- NH4Cl ; (NH4)2SO4 ; K2CO3

ativa a pré polimerização e aumenta a velocidade de polimerização e cura.

Emulsão de parafina (0,3 a 0,5% do peso seco das partículas) ou até 1% no peso sólido da resina

finalidade de reduzir higroscopicidade; aumentar a estabilidade dimensional; facilita o movimento das partículas na linha de

produção e o “deslizamento” da chapa; confere brilho

Efeitos negativos:

1. afeta o tempo em que o painel atinge o teor de umidade de equilíbrio;

2. reduz a capilaridade nos lúmens e os vazios entre as partículas (não penetra no lúmen devido ao tamanho das moléculas);

3. diminui o MOR e MOE e LI pois ela afeta a polimerização do adesivo (Cloutier, 1998)

Aditivos químicos

Retardantes:

- fosfato de amônia, ácido bórico, sulfato de amônia, bromato de amônia, pentaclorofenol*

FF mais resistentes ao fogo do que UF

Aditivos químicos

Os retardantes são incorporados de três formas (Iwakiri, 2005; Cloutier, 1998):

1. durante o processo de fabricação (encoladeira pó ou líquido);

2. misturados aos adesivos líquidos: 12-14%;

3. através da impregnação, sob pressão, dos painéis após a prensagem;

Aditivos químicos

Preservativos

Aditivos químicos

- Proporção de 0,25 a 2,5% (base seca)

- Ambiente interior baixa umidade baixa susceptibilidade ao ataque biológico

- Boro 1 a 2% fungos

- Piretróides e hexaclorociclohexano insetos

- Pentaclorofenol cupin

5.2. Aplicação dos adesivos

Por meio de dois tipos de equipamentos:

1. Encoladeiras de longo período de retenção (ATOMIZAÇÃO);

1. Encoladeiras de curto período de retenção.

Aplicação adesivo

Atomizador

Aplicação adesivo

Atomizador na ponta

6. SISTEMA DE PRODUÇÃO

Ponto negativo a ser observado:

A transformação de madeira em partículas aumenta o volume a ser transportado, aumentando o custo de transporte (baixa densidade que apresenta).

Processo de produção de painéis de partículas

A formação de indústrias e a motivação na produção de partículas se deve aos seguintes fatores:

- utilização de toras de pequeno diâmetro ou com defeitos que as tornam inviáveis ao emprego em serrarias ou laminação;

- aproveitamento de peças que normalmente são consideradas como resíduo de serraria, tais como costaneiras e destopos.

A transformação de peças residuais de madeira em partículas, apresenta uma série de vantagens, dentre elas:

• A redução do manejo com peças de madeira serrada;

• O armazenamento e o transporte necessitam de menos mão de obra;

• Requer menor espaço para armazenamento;

• Otimização do espaço com instalação de transportadores por correias e roscas sem fim.

Processo de produção de painéis de partículas

Vantagens em relação ao compensado e à

madeira serrada:

• eliminação de defeitos da anisotropia;

• resistência similar da chapa nos sentidos da largura e comprimento;

• controle das propriedades físico-mecânicas (tipo de resina, geometria de partículas, grau de densificação, etc.);

• eliminação e ou minimização dos efeitos dos defeitos da madeira;

• menor exigência quanto à matéria-prima em relação ao compensado;

• menor custo de produção em relação ao compensado;

• resistência maior à cupins e brocas.

Processo de produção de painéis de partículas

• Superfícies e bordas mais grosseiras*

• Baixa usinabilidade

• Não “aceita” pregos

• Baixa resistência à umidade

Desvantagens em relação ao compensado e à madeira serrada

Processo de produção de painéis de partículas

7.GERAÇÃO,

CLASSIFICAÇÃO,SECAGEM, e,

GEOMETRIA DAS PARTÍCULAS

7.1 Geração de partículas

• Existência de casca (< 40% em média);

• Umidade na madeira (< 35%);

• Geometria das partículas;

• Razão de esbeltez (C/E) entre 120 e 200 (externas) e 60 interna

• Equipamentos.

• Partícula transversalmente

Interfere:

- propriedades mecânicas e dimensionais- superfícies e bordas- comportamento na usinagem- área de contato entre as partículas- consumo de resina

• Com a variação na geometria de partículas produção de diferentes tipos de chapas com propriedades adequadas para diversas finalidades de uso– MDP, waferboard, OSB, flakeboard

• Cada painel particulado possui um tipo de partícula específica, processada de forma específica, com equipamento específico.

Geração de partículas

• A maioria das indústrias de aglomerados operam com dois tipos de equipamentos para geração de partículas a partir de toretes:

1º : equipamento para redução primária (picadores de cilindro ou de disco) transformação de toras em cavacos;

2º : equipamento para redução secundária (moinho de martelo) transformação de cavaco em partículas menores.

Geração de partículas

• Os picadores mais usados no processamento primário são:

Picadores de disco;

Picadores de tambor;

Geração de partículas

Geração de partículas

PICADORES DE DISCO (Processamento Primário)

Geração de partículas

PICADORES DE DISCO (Processamento Primário)

PICADORES DE DISCO (Processamento Primário)

CARACTERÍSTICAS

Fácil operação

Equipamento estável com alta qualidade do cavaco

Pós processamento do material em correias ou roscas

Saída por gravidade

Toras ou resíduos

Controle dimensional do cavaco

Geração de partículas

PICADORES DE DISCO (Processamento Primário)

Geração de partículas

Pie

rre

(20

10

)

PICADORES DE TAMBOR (Processamento Primário)

Geração de partículas

• Equipamento utilizado para

fragmentação de madeira (toras

ou outras formas de resíduos de

serrarias ou desuniformes de

difícil processamento.

• Produz cavacos homogêneos,

de alta qualidade e dimensões

uniformes.

PICADORES DE TAMBOR (Processamento Primário)

Geração de partículas

Picadores gerais - disco

Geração de partículas

Escolha do picador - processamento primário

• Deve ser analisado os seguintes aspectos:

a. Tipo de partícula;

b. Tipo de matéria-prima;

c. Capacidade necessária;

d. Características dos equipamentos;

e. Fatores energéticos.

Geração de partículas

a. Tipo de partícula a ser produzida:

- Forma;

- Dimensões.

b. Tipo de matéria-prima;

- Espécie de madeira;

- Dimensões de comprimento e diâmetro e a variabilidade de peças mistas;

- Dimensões e formas (resíduos de serraria);

- Retilinilidade (madeira roliça).

Escolha do picador - processamento primário

Geração de partículas

c. Capacidade necessária:

– Volume ou peso por unidade de tempo.

d. Características das máquinas:

- Tamanho e peso;

- Portátil ou estacionária;

- Simplicidade;

- Precisão;

- Robustez;

- Vibração e ruído;

- Manutenção.

Geração de partículas

Escolha do picador - processamento primário

e. Fatores energéticos:

- Potência necessária;

- Fontes disponíveis de energia;

- Consumo por volume de produção.

Geração de partículas

Escolha do picador - processamento primário

Após a madeira passar pelo processamento primário em um

picador, a matéria prima ainda precisa novamente ser

processada (transformada em partículas ainda menores), nas

dimensões ideais:

- moinho martelo.

Moinho de martelo - Processamento Secundário

Geração de partículas

• O moinho martelo pode ser encontrado em vários modelos, como por exemplo:

a. Moinho a martelo horizontal (partículas de 5 até 100 mm)

b. Moinho a martelo por gravidade (resíduos inferiores a 500 mm gera partículas de 5 até 100 mm.)

c. Moinho a martelo para finos (briquetes)

Geração de partículas

Moinho de martelo - Processamento Secundário

Geração de partículas

Moinho de martelo - Processamento Secundário

Geração de partículas

Moinho de martelo - Processamento Secundário

Geração de partículas

Moinho de martelo - Processamento Secundário

7.2. Secagem das partículas

• Umidade final;

• Varáveis da madeira que influenciam na secagem;

• Equipamentos mais utilizados: tambor rotativo (contínuo ou descontínuo)

• Até faixa entre 3 a 6% de umidade, de forma uniforme

- maior densidade da madeira

- maior espessura

- maior umidade inicial

- menor umidade final desejada

... maior tempo de secagem!!!

Secagem de partículas

O que interfere no processo de secagem operacionalmente:- temperatura;- velocidade do ar;- volume de partículas;- tempo de secagem.

Fonte: Adaptado de IRLE e BARBU (2010)

Secagem de partículas

Secagem de partículas

Secador de tambor para partículas de madeira na fabricação de painéis aglomerados.

Fonte: www.dieffenbacher.de

7.3. Classificação das partículas

• Retirada de impurezas e finos;

• Acerto e uniformização das partículas;

• Equipamentos:

- uso de telas ou peneiras classifica em função das dimensões (vibratória inclinada, vibratória horizontal e giratória)

- pneumático (classifica em função do peso)

Classificação

Sistema vibratório

Pierre (2010)

Classificação

Sistema pneumático

8. FORMAÇÃO DO COLCHÃO, PRENSAGEM E ACABAMENTO

Formação do colchão

Deposição das partículas com adesivo sobre uma esteira móvel, em quantidade pré-determinada em função da densidade e espessura da chapa a ser formada estação formadora

A formação do colchão depende:- da densidade e espessura da chapa;- da densidade da madeira;- arranjo das partículas.

A formação do colchão pode ser:- contínua;- descontínua;- multicamadas;- com camada homogênea;- camadas graduadas.

Orientada

Aleatória

Formação do colchão / prensagem

Formação do colchão / prensagem

Propriedades físicas e mecânicas requeridas para painéis de madeira aglomerada segundo a norma ANSI A208.1 (1993) - modificado

Formação do colchão / prensagem

Prensagem a quente para cura da resina, densificação e consolidação da espessura final da chapa;

A pressão aplicada pode variar de 12 a 40 kg cm-2

TEMPERATURA DE PRENSAGEM- cura da resina- fase plástica da madeira- UF: 140 a 160ºC- FF: 160 a 180ºC

TEMPO DE PRENSAGEM- 4 a 8 minutos ou 6 a 12 segundos por mm de espessura da

chapa

Formação do colchão / prensagem

8.1. Acabamento / classificação / embalagem / qualidade

1) Resfriamento

2) Acondicionamento

3) Esquadrejamento

4) Lixamento

5) Controle de qualidade / classificação

6) Revestimentos superficiais

Resfriador tipo estrela.Fonte: http://www.siempelkamp.com.br.

Resfriamento

MDF ≠ MDP

Exercício

• Partindo de um painel com as dimensões de 45 x 45 x 1,28 cm, e uma densidade final de 0,70 g cm-3, determine quantidade de partículas que deverão compor o mesmo, assim como as demais variáveis (adesivo e catalisador)– Respectivas proporções:

• Partículas a.s.: 100

• Adesivo: 10

• Água: 12

Total 122

Considere a umidade das partículas em 5%

Considere o TS do adesivo UF em 76%

Catalisador - (NH4)2SO4 ): 2%