Effets des procédés d'usinage de finition sur les propriétés de surface, la performance d'un vernis et l'émission de poussières du bois de chêne rouge

La performance d’un produit de finition sur le bois est influencée par la manière dont la surface est préparée. Le ponçage est très utilisé pour préparer les surfaces lors de la finition. Toutefois, ce procédé génère une grande quantité de poussières. Ainsi, les effets des procédés d’usinage sur les propriétés de surface, la performance d’un vernis et l’émission de poussières ont été étudiés dans le but de déterminer les modes de préparation des surfaces les plus adéquats pour le bois de chêne rouge. Dans un premier volet, les propriétés de surface et la performance d’un vernis ont été évaluées sur les surfaces préparées à l’aide du procédé traditionnel de ponçage et de trois procédés alternatifs de rabotage soit la coupe périphérique droite, la coupe hélicoïdale et la coupe oblique. La qualité de surface a été évaluée au moyen des caractéristiques de rugosité, d’endommagement cellulaire et de mouillabilité. Des essais de résistance à l’adhésion d’un vernis d’usage intérieur ont été effectués avant et après un traitement de vieillissement accéléré. Les résultats ont montré que le ponçage a induit une rugosité et un niveau de fibrillation supérieurs à ceux des autres procédés, ainsi qu’une mouillabilité et une adhésion du vernis après vieillissement accéléré élevées. Les surfaces rabotées avec la coupe périphérique droite ont présenté un certain niveau de fibrillation, une rugosité et une mouillabilité intermédiaires. Néanmoins, l’adhésion du vernis après vieillissement a été également inférieure par rapport aux autres procédés. La coupe hélicoïdale a produit une rugosité intermédiaire. D’autre part, la coupe oblique a été le procédé qui a présenté une perte d’adhésion après vieillissement similaire au ponçage. Ce procédé a généré des surfaces lisses avec rugosité et mouillabilité intermédiaires. Sur la base des résultats obtenus, le ponçage à l’aide d’un programme P100-grain et une vitesse d’avance de 7 m/min, la coupe périphérique droite avec un angle d’attaque de 25° et une onde d’usinage de 1,0 mm, la coupe hélicoïdale avec une onde d’usinage de 1,0 mm et la coupe oblique realisé avec un angle oblique de 15° ont permis d’obtenir les meilleures conditions d’usinage pour chaque procédé. Dans un deuxième volet, l’effet de différents paramètres de coupe sur l’émission de poussières et la rugosité de la surface a été étudié lors de la coupe hélicoïdale. Les émissions de poussières ont diminué avec la diminution de laprofondeur de coupe et l’augmentation de l’épaisseur moyenne du copeau. Cependant, les surfaces obtenues avec l’épaisseur moyenne du copeau plus élevée ont présenté une rugosité supérieure. Par contre, si une surface plus lisse est requise, une vitesse d'avance intermédiaire doit être utilisée afin de diminuer la rugosité des surfaces sans exposer les travailleurs à des niveaux élevés de poussière de bois. Par ailleurs, l’émission de poussières pour chaque fraction de particules peut être estimée à travers les modèles développés.Coating performance on wood could be affected for different aspects including the manner in which the surface is prepared. Sanding is often used to prepare wood surfaces prior to finishing. However, this process can generate large amount of wood dust. Thus, the effects of machining processes on surface properties, coating performance and dust emission were investigated in an attempt to determine the most appropriate methods for surface preparation of red oak wood. In a first part of this project, surface properties and coating performance were evaluated on machined surfaces obtained by sanding, peripheral and helical planing as well as oblique cutting. Surface quality was assessed through roughness, scanning electron micrographs and wettability analyses. The performance of a solvent-borne coating was measured by adhesion strength before and after an accelerated aging. The results showed that sanding induced high surface roughness and fibrillation level as well as high wettability and pull-off strength after aging than other processes. Peripheral planing samples showed a certain cell-wall fibrillation, and intermediate surface roughness and wetting properties. Helical planing samples presented intermediate surface roughness. On the other hand, oblique cutting showed similar loss in adhesion to sanding. This process generated smooth surfaces with intermediate roughness and wettability. Based on the results, sanding with a single stage program P100-grit at 7 m/min feed speed, peripheral planing with a rake angle of 25° and a wavelength of 1.0 mm, helical planing with a wavelength of 1.0 mm, and oblique cutting with an oblique angle of 15° were the best machining conditions for each process. In a second part of the study, the effect of cutting parameters on dust emission and surface roughness was studied during the helical planing of red oak wood. Results showed that dust emission decreased significantly when lower cutting depth and higher average chip thickness was used. However, samples cut at the highest average chip thickness showed higher values of surface roughness. This implies that if a smoother surface is required, an intermediate feed speed should be used in order to decrease surface roughness without exposing woodworker to high levels of wood dust. Moreover, dust emission for each particle size fraction can be estimate through the models developed as a function of average chip thickness and cutting depth