Brevet FR2042434A1 — publié le 19710212

' 2042434 La présen-fce invention concerne d ' une:-praort?! urr~in:atelas atténuateur de bruit, pour les parois de véhipûXés jâutômobiles'î qui séparent l'espaç,e intérieur du véhicule d'une cavité voisine contenant une source sonore, et, d'autre part, un procédé de fabrication 5 de ce matelas. De telles" parois se trouvent principalement entre les logements de moteurs et les habitacles, mais constituent dans certains cas également le 'plëncher^Les revêtements de parois sont . non seulement utilisés: pour recouvrir les irrégularités de fabrication ep servant ainsi d1 habillements, leur ^surface' ayant alors à 1D remplir une fonction de forme ou de style, mais ils servent encore d'isolation thermique etphonique. A' cette fin, on fait habituellement appel soit à des bouches de. feutre présentant éventuellement des couches intermédiaires et/ou de recouvrement en matière plastique de forte densité, soit à des couches de matériaux mousses com-15 portant des revêtements ou couches intermédiaires -lourds. La fabrication de tels matelas exige toujours plusieurs opérations du fait qu'au moins la couche support en matériau mousse doit tout d'abord être garnie de la couche de matière plastique de forte densité, que l'pn durcit ensuite au^four. En outre, de tels matelas nB peuvent 20 être fabriqués qu'en pièces planes que l'on doit ajuster par couture, agrafage ou collage au relief extérieur de la paroi du véhicule. En vue d'une simplification du montage lors de la fabrication du véhicule automobile, il est intéressant de pouvoir réaliser un matelas dont la•forme correspond d'avance iè plus possible au relief 25 de la paroi de carrosserie* Pour les planchers dB véhicules, on a déjà fabriqué des tapis et des feuilles de matière plastique ou de caoutchouc, éventuellement doublés d'un matériau cellulaire, réalisés en une seule pièce et ayant la forme du relief du plancher. Toutefois, de tels 30 tapis de caoutchouc ne possèdent ni les propriétés d'isolation thermique qu'offre l'association à un matériau cellulaire par exemple, ni les propriétés acoustiques recherchées-. On sait fabriquer des pièces de forme en matériau mousse dont la forme correspond au relief d'une paroi d'automobile, et du point de vue technologique 35 leur réalisation ne soulève aucune difficulté. Le grand avantage de telles pièces dB forma cellulaires réside dans leurs bonnes propriétés d'isolation thermique et dans leur faible poidso En raison de ce faible poids, toutefois, ces pièces en matériau cellulaire n'ont q1 un effet d'isolation phonique nul ou insuffisant. On sait que 40 leur absorption acoustique est bonne, mais cettB propriété n'est 69 26223 2 •2042434 mentionnée ipi que dans le but de faire • ressortir ttrre différence de terminolqgie. Les termes "atténXiaticii de bruit" ou "isolation phonique" d'une part, et "absorption, acoustique ou fihonique11 d'autre part sont utilisés,: ici dans le sens défini par la norme aile— 5 m.ande DIN 4109», •• , . .. • " " ... ? Partant de ces définitions».1^"isolâtion. phonique concerne une protection contre le. bruit obtenue-aU moyen- de cloisons et l'ab sorption acoustique une réduction du niveau sonore réalisée dans un local à l'aide de revêtements de parois.poreux» qui réduisent l'é— 10 nergie du champ-acoustique. Les cloisons d*AsolatioïJ phonique agissent essentiellement par la réflexion des ondes-sonores-qui les frappent,.tandis que les revêtements de parois absorbant le son agissent en laissant pénétrer les ondes sonores dans le :revêtement poreux où elles perdent de l'énergie par frottement contre les pa-15 rois des pores» Parallèlement à ces différences relevant de la physique, on relève également dans la pratique des différences d'effets correspondantes,.et. ceci dans la mesure où les parois atténuant le bruit permettent à peu de choses près d'obtenir entre les deux locaux séparés par la paroi des différences d'intensité acous-20 tique de n'importe quelle importance, les différences de niveau sonore atteintes dépendant dans ce cas essentiellement du poids à l'unité de surface de la cloison. Comparativement, des mesures abou tissant à une absorption ne permettent d'obtenir que des réductions d'intensité acoustique limitées qui sont généralement comprises en-25 tre 5 et B dB environ et atteignent ou dépassent rarement 10 dB. Par conséquent, seules les cloisons, c'est-à-dire les parois séparatrices, seront munies d'éléments de construction destinés à améliorer l'atténuation de bruit des cloisons, tandis que les éléments de construction destinés à améliorer l'absorption seront disposés 30 sur tous les autres plans délimitant le local afin de pouvoir retirer de l'énergie au champ acoustique sur la plus grande surface possible. Ces différences apparaissent par exemple dans le cas d'un matériau décrit dans le brevet USA N° 2 240 0-1,4. Il s'agit ici d'u-35 ne solution de caoutchouc contenant-de l'eau émulsionnée. Comme cela ressort de l'exemple .cité dans ce brevet, on projette ce matériau sur les .parois latérales et le ;plafpnd.de - carrosseries d'automobiles. L'eau s'évapore lors du .séchage et forme;.un revêtement poreux c|ui .absorbe -le bruit propagé par l'ai-ç et qui, grâce à sa com-40 position, atténue, également les. vibrations,-des ,parois .de ,1$, carros- 69 26223 3 2042434 série» Toutefois, dans le cas des grandes séries de fabrication de , ;!■'industrie automobile, on ne dispose souvent pas du temps nécessai-re. au séchage de tels revêtements. Comme on le sait l'atténuation du bruit nécessite l'uti-5 lisation de matériaux lourde» Si l'on voulait faire appel aux matériaux cellulaires pour l'atténuation» il faudrait les alourdir en allant ainsi à 1'encontre de l'intention première de réaliser un matériau léger. En laissant de cflté la solution du revêtement, on peut atteindre le même résultat en répartissant une quantité importante 10 de matériau de renforcement dans le volume à expanser, tput en ae»-.ceptant en contrepartie des pores de petite taille» Une telle mousse, exigerait l'utilisation d'une très grande quantité de matière plastique comme seule matière première, de sorte que son prix de revient serait relativement élevé et qu'elle présenterait une conduc-15 tibilité thermique notablement supérieure à celle des matériaux cellulaires légers connus. Par ailleurs, on pourrait également procéder à l'expansion de matières plastiques contenant des charges» De tels produits cellulaires sont largement connus» Ils sont mentionnés, par exemple, dans le manuel allemand "Kunststoff-20 Handbuch", volume 7 "Polyurethane" (Munich, $966), pages 112, 516 et 517» Selon cet ouvrage, ces charges augmeateraient par exemple, la résistance des mousses au accéléreraient la germination au coure du processus d'expansion. Très souvent citée dans cet ouvrage, la littérature, telle que le brevet allemand N® 936 113 et les bre--2.5 vets U.S.A» N°3 024 209 et 3 029 209 par exemple, ne fait que confirmer l'essentiel de cette indication et révèle seulement que même l'addition d'ardoise et de quartz pulvérulents et autres charges similaires de poids spécifiques élevés n'a pas d'incidence sur la densité des produits éxpansés, qui reste pratiquement inchangée» Le 30 poids spécifique de tous ces produits mousses est inférieur à 0,1 kg/1» Toutefois, du fait que les matériaux atténuateurs destinés à l'isolation phonique doivent avoir un poids spécifique élevé, le mélange de la masse à expanser avec des quantités telles de 35 charges lourdes qu'elles permettent d'obtenir un matelas assez lourd pour qu'il atténue le bruit, présente le danger que l'armature cellulaire s'affaisse avant que le processus d'expansion soit terminé et que cette armature soit durcie0 La demande de brevet allemand soumise à l'examen public sous ie fit* 1 217 601 et le brevet U.5.A» 40 l\l* 2 240 014 décrivent deux procédés permettant d'éviter cet affais 69 26223 4 2042434 sement d'une mousse chargée* Selon le procédé de la:demande de brevet, des flocons de chutes' de mousse sont mélangés avec des charges et des liants, séchés et éventuellement expansés à nouveau. Le brevBt lf*5*A* N° 2 240 014 mentionne entré autres la possibilité 5 d'incorporer sous pression un gaz inerte dans une; émulsion d'une solution de caoutchouc et d'eau, qui peut contenir jusqu'à 2,5 fois son poids de charges lourdes et fines, ce gaz provoquant lors de l'expansion une formation de mousse plus importante que ne le ferait la part d'eau au cours du chauffage. Toutefois, ce procédé ne 10 permet de réaliser que des produits expansés en blocs"dans lesquels' on doit couper, les matelas que l'on collé sur les parois latérales et les plafonds des locaux» Dans la pratique, il n'est pas possible d'expanser selon ce procédé des matelas de forme dans des moules. De plus, le procédé selon ce brevet américain exige l'utili-15 sation dé pression et de chaleur, ce qui complique sa mise en oeuvre. On a maintenant découvert que l'on pouvait fabriquer un matelas atténuateur de bruit selon le procédé de réaction des polyols sur les isocyanates, connu en soi, lorsqu'on utilise un mélange initial contenant des charges de forte densité. 20 Contre toute attente, ces mousses ne s'affaissent pas, môme si elles contiennent une quantité élevée de charges de forte densité, de sorte qu'il est possible d'éviter ainsi le grand nombre d'opérations caractérisant les procédés connus mentionnés plus haut* 25 Si l'on désire que de tels matelas s'opposent efficace ment à la propagation du son par voie acoustique dans l'intérieur d'un véhicule automobile, leurs poids doivent être de même grandeur que ceux des paroié existantes, c'est-à-dire que leurs poids 2 par unité de surface doivent s'élever à au moins 4 kg/a * L'épais-30 seur de ces matelas également est limitée dans les véhicules automobiles et est généralement comprise entre 5 et 20mm «Les formes de réalisation préférées de tels matelas présentent des épaisseurs de 8 à 10mm et des poids par unité de surface de 5 à 10kg/m * Dans le cas de la forme de réalisation préférée des matelas on aboutit 35 ainsi à des poids spécifiques d'environ 0,5 à 1,25kg/l * Tandis que les produits cellulaires synthétiques classiques atteignent a-» près expansion des densités inférieures à 0,1kg/l, on utilisera pour le matelas atténuateur de bruit selon l'invention des densités de mousse d'au moins 0,5 kg/l, des densités supérieures à 1 kg/1 40 étant désirables* 69 26223 5 2042434 nuàteii* de^ruîf* dB 1,invention est Par conséquent un matelas atté--/pour--les parois de véhicules automobiles, qui est caractérisé par le fait qu'il est constitué d'une mousse de polyuréthane formée et adaptée au relief de la paroi du véhicule, cette mousse étant a-5 lourdie au moyen d'une charge à raison d'au moins 60% calculés sur ' la masse totale, cependant que sa densité est au moins de 0,5 à 1,25 kg/1 et que son poids par unité de surface est approximative- 2 - ment compris entre 5 et 10 kg/m • Le procédé de fabrication du matelas selon l'invention 10 est caractérisé par le fait que l'on mêle à la charge un mélange des composants nécessaires à la préparation de la mousse de polymé-thane, et que l'on fait réagir le mélange ainsi réalisé avec un i-speyanate immédiatement avant le moulage dans un moule revêtu d'un agent de démoulage. 15 La réalisation des produits selon l'invention sera mieux comprise à la lecture des exemples suivants : Exemple 1 - Constituants du mélange t : Polyéther, par exemple triméthyl propane, propylène-glycol, entre autres 29,8 % 20 Tri—éthanolamine 0,27% Laurate stannique de dibutyle 0,27% Agent porophore, eau par exemple 0,54% Sulfate de baryum en poudre 63,8 % Isocyanate 5,4 % 25 La fabrication du matelas selon l'invention exige que le polyéther, la tri-éthanolamine, le laurate stannique de dibutyle et l'agent porophore soient intimement et énergiquement mélangés. On ajoute alors au mélange la charge alourdissante constituée par la poudre de sulfate de baryum, celle-ci étant finement répartie par 30- agitation dans le liant» L'un des réservoirs de l'installation est rempli de ce mélange, ce réservoir servant par"la suite à remplir le moule. L'isocyanate se trouve dans un second réservoir de l'ins-■tallatian d'alimentation. Au moyen d'air comprimé on refoule maintenant séparément les deux composants dans la buse de remplissage 35 où a -lieu leur mélange, donc au moment précis du remplissage du moule0 On introduit dans lès moules prévus de dimensions déterminées : des quantités précises de mélange que l'on peut afficher et régler selon la dimension de l'espace d'expansion au moyen d'un dispositif- de dosage prévu sur l'installation de remplissage» L'expansion 40 se fait sans apport extérieur de chaleur». 69 26223 6 2042434 On prépare le moule avant son remplissage en vue de l'opération d'expansion, A cette fin, sa surface est revêtue d'un agent de démoulage,, Après cette mesure, on place éventuellement dans le moule une feuille destinée à former une peau étanche extérieure ou 5 encore on projette sur l'une des faces du moule un matériau qui constituera par la suite une telle peau0 Puis on place dans le moule si nécéssaire un tissu, un renforcement ou autre élément à incorporer, pour introduire ensuite le mélange de réaction. Après l'achèvement du processus d'expansion le matelas de forme en matériau 10 cellulaire est démoulé et le moule nettoyé. On obtient de cette façon un matelas élastique gardant sa forme, qui n'est ni fragile, ni cassant. Sa forme correspond fidèlement au relief de la paroi de véhicule à revêtir, ce qui rend inutiles toutes les opérations d'ajustage supplémentaires au cours de son montage. Quand le moule se 15 trouve entièrement rempli lors de l'expansion, on obtient en même temps une surface solide et fermée. Un traitement de surface approprié du moule permet de greneler ou de munir d'un autre motif quelconque la surface du matelas sur une ou deux faces, de sorte que l'on réalise dès sa fabrication un fini superficiel» 20 - Exemple 2 Polyéther, par exemple triméthyl propane 20,2 % Polyester, obtenu par exemple à partir d'acide adipique, d'acide phtalique et de triol 4,0 % Noir de fumée 0,1 % 25 Tri-éthanolamine 0,2 % Laurate stanniquB de dibutyle 0,7 % Agent porophore, par exemple monofluoro-dichlorométhane 0,2 S& Sulfate de baryum en poudre 64,6 % Isocyanate 10,2 % 30 Exemple 3 Polyéther ) , , 7,4 % J 1 (voir exemple 2) Polyester ) 9,2 % Tri-éthanolamine 0,2 % Laurate stannique de dibutyle 0,2 % 35 Agent porophore, par exemple un mélangé de monofluoro— trichlorométhane et de trichloréthylène 0,6 % Sulfate de baryum en poudre 71,7 % Isocyanate 10,9 % Dans l'ordre dans lequel ils se suivent, de l'exemple 1 40 à l'exemple 3, la dureté et la rigidité des matelas mousses vont en 69 26223 7 2042434 augmentant. La teneur en charges, rapportées à 100 parties de liants "s'élève à respectivement 176 et 182% dans les exemples 1 et 2, Bt peut même dépasser 200%, comme par exemple dans l'exemple 3 où elle est de 250% par rapport au liant. Les avantages des matelas selon 5 l'invention ressortent entre autres de la comparaison des poids spécifiques des produits selon les exemples 1 à 3 expansés avec et sans charges, et des rapports d'expansion qui, dans chaque cas, sont nécessaires pour réaliser par exemple un matelas d'une épaisseur de -f "ÏL - • T.- ' 2 10 mm et d'un poids à l'unité de surface de 8 kg/m > 10 Exemple *1 m Poids spécifique avant expansion» avec charge 2,15 2,21 2,5 Poids spécifique avant expansion, sans charge '1 » 11 1,15 1,18 Rapport d'expansion pour un matelas - - - ' -T 2 de B kg/m et de 10 mm d'épaisseur 15 " * a) avec charge 2,69 2,77 3,14 b) sans charge 1,39 1,44 1,48 Les rapports d'expansion montrent que dans tous les cas l'expansion d'un mélange contenant une charge est plus importante que celle d'un mélange sans chargeo Cela signifie toutefois, que 20 l'incorporation de charges permet d'économiser environ 50% du liant expansible» A cet avantage du produit expansé à structure chargée par rapport à la mousse non chargée s'ajoutent encore les suivants : A atténuation de bruit égale, donc à poids total égal du matelas, le matelas de mousse chargée présente une meilleure isola-25 tion thermique tout en comportant moins de matière plastique. Par ailleurs, on obtient une même isolation thermique pour une même expansion. Dans ce cas on utilise à nouveau moins de matière plastique lorsque la mousse est chargée cependant que l'on obtient une meilleure atténuation du bruit en raison du poids plus élevé par 30 unité de surface. Si par contre, on part d'une même quantité de matière plastique, le poids plus important de la anousse chargée confère au matelas réalisé avec celle-ci une meilleure atténuation de bruit, cependant que le rapport d'expansion plus élevé entraîne également l'accroissement de l'isolation thermique du fait que l'on 35 obtient une plus forte épaisseur. Enfin, les exemples montrent que l'on obtient surtout ces avantages lorsque la proportion des charges dépasse celle du liante A part le sulfate de baryum en poudré cité comme charge dans les exemples, d'autres substances pulvérulentes de poids spé-40 cifiques élevés conviennent également, telles que, par exemple, la 69 26223 e 2042434 poudre de quartz, le minium de plomb et le schiste en poudre» En outre, on peut placer dans le moule une feuille qui constitue la surface après l'expansion. Cette feuille préalablement mise en place et éaentuellement aussi préformée peut présenter des propriétés 5 tout spécialement recherchées, telles qu'un aspect particulièrement agréable, teinte, dureté, rigidité ou douceur particulières ou des qualités analogues, par exemple. En particulier, elle peut avoir u-ne dureté ou une rigidité différente de celle du matelas lui-même» Lorsqu'on place dans le moule un tissu, une nappe de fibres, un 10 tissu métallique ou grillage de matière plastique et que l'on noie ces renforcements dans la mousse, on augmente la résistance du matelas au déchirement et à la rupture tout en améliorant sa stabilité dimensionnelle. En dehors de ces additions concernant la forme du matelas, une variation des mélanges indiqués dans les exemples 15 permet de modifier les propriétés acoustiques et technologiques des matelas. On a déjà mentionné l'influence de la charge sur les propriétés du produit final. En outre, en faisant varier l'activateur et/ou l'agent porophore et/ou la quantité de remplissage du moule» on peut fabriquer des matelas dont les courbes d'atténuation pré-20 aentent la caractéristique d'une atténuation soit par paroi simple, soit par double paroi» Bien entendu, en ce qui concerne un matelas atténuateur de bruit contenant des charges lourdes et adapté au relief d'une pa- acotietiquee roi de carrosserie, on peut également atteindre les propriétés/des 25 doubles parois en laissant un espace entre la paroi et le matelas fixé sur celle-ci. Il suffit pour cela de prévoir des entretoises entre la paroi de carrosserie et le matelas atténuateur» A cette fin on utilisera aussi bien des éléments mous d'épaisseur donnée, tels que des pièces ou bandes de caoutchouc, de feutre» de ceout— 30 chouc mousse par exemple, que des éléments durs, tels que des pièces de bois, de fer, d'ébonite, de matière plastique et analogues» Ces entretoises rigides peuvent également Être utilisées saue forme de bandes à condition qu'elles aussi soient adaptées sur toute leur longueur et largeur au relief des parois de carrosserie. Les 35 éléments d'écartement peuvent également être emboutis'dans cette paroi. Dans une forme de réalisation particulière de l'invention» ces entretoises sont venues d'expansion dans le matelas» Selon un autre mode de réalisation de l'invention, on utilise comme entre-toise le matériau même dont le matelas est constitué. A eette fin 40 on peut fraiser dans le moule des petites cavités, de sorte que le 69 26223 9 2042434 matelas présente des protubérances correspondantes par lesquelles il est collé sur la paroi d'une carrosserie. A la place de ces protubérances, on peut également prévoir des bourrelets en forme de nervures. Dans tous les cas ci-dessust on réalise une vraie double pa-5 roi de bonne efficacité acoustique. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, l'espaee entre ces protubérances et nervures qui servent d'entretaises est entièrement ou partiellement rempli d*un matériau poreux. On peut fixer à cette fin des matelas de feutre, de laine de verre ou encore de mousse à cellules ouvertes sur 10 la face du matelas atténuateur sur laquelle se trouvent les entretoises. On a découvert par ailleurs que le collage d'un tel rate-las sur la tôle d'une carrosserie permettait d'obtenir une forte atténuation du bruit transmis par les matériaux, cette atténuation im~ 15 partante subsistant pour une gamme de températures étendue. De nombreux câbles, leviers et tringles passent à travers les parois de carrosserie. Leurs trous de passage constituent toujours des points de fuite qui réduisent fortement l'atténuation du bruit réalisée par ces cloisons et que l'on doit par conséquent 20 rendre étanches au moyen de passe-fil en caoutchouc ou de manchons analogues. Dans une des formes de réalisation de l'invention, ces manchons sont incorporés au matelas lors de sa fabrication. Pour ce faire, on peut soit placer de tels manchons Bn caoutchouc ou matière plastique dans le moule à l'endroit prévu et les enrober par 25 expansion, soit réaliser par expansion les manchons eux-mêmes dans le matériau du matelas en donnant la forme adéquate au matériau à l'endroit des trous et passages. On peut également placer préalablement un matelas de caoutchouc mou dans le moule et introduire le mélange de réaction dans le moule sur ce matelas. Cette solution per-30 met d'étanchéifier les passages dans la paroi de carrosserie au moyen d'une couche superficielle molle et régulière du matelas, tandis que le matelas lui-même peut être dur et rigide. Enfin, il est également possible de donner à un tel matelas n'importe quelle couleur désirée par l'addition de pigments 35 correspondants. L'addition d'insecticides le protège contre les termites par exemple, et ceci par une incorporation maximale de 2% de 2-oxy-3-chloro-diphényle par exemple, et enfin on peut réduire la combustibilité de ces matelas en ajoutant des produits appropriés, de 3 à 7% par exemple de phosphate de trichloréthyle. 4Q Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux 69 26223 10 2042434 exemples décrits» elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans qu'on s'écarte pour cela de l'esprit de l'invention. 69 26223 n 2042434 REVENDICATIONS 1. Matelas atténuateur de bruit pour les parois de véhicules automobiles caractérisé par le fait qu'il est constitué d'une mousse de polyuréthane formée et adaptée au relief de la paroi du 5 véhicule, cette mousse étant alourdie au moyen d'une charge à raison d'au moins 60% calculés sur la masse totale, cependant que sa densité est au moins de 0,5 à 1,25 kg/l et que son poids par unité de sur- 2 face est approximativement compris entre 5 et 10 kg/m . 2. Matelas selon la revendieation 1? caractérisé par le 10 fait qu'il présente sur l'une de ses faces une feuilles fixée au cours du moulage. 3. Matelas selon la revendication 1s caractérisé par le fait qu'un tissu, un renforcement ou élément analogue est incorporé dans le corps du matelas* 15 4. Matelas selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu"il contient au mains un additif choisi parmi les insecticides, les pigments et les produits réduisant la combustibilité* 5. Procédé de fabrication d'un matelas atténuateur de bruit selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on mê- 20 le à la charge un mélange des composants nécessaires à la préparation de la mousse de polyuréthane et que l'on fait réagis le mélange ainsi réalisS avec un isocyanate immédiatement avant le moulage dans un moule revêtu d'un agent de démoulage* 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le 25 fait qu'avant le moulage et après l'application d!un agent de démoulage, on place dans le moule une feuille prévue comme peau extérieure, ou que l'on projette sur une face du moule un matériau formant par la suite une peau extérieure,, 7» Procédé selon la revendication 5 , caractérisé par le 30 fait que l'on place avant moulage un tissu, un renforcement ou un autre élément incorporé dans le moule» B» Procédé selon la revendication 5 caractérisé par le fait qu'avant l'introduction du mélange réactif on dispose à certains endroits du moule des passe-fil ou manchons analogues en caoutchouc 35 au matière plastique»