Brevet FR2468034A1 — publié le 19810430

La présente invention se rapporte à des perfectionne- ments à la technologie des isolateurs de vibrations et plus particulièrement à une nouvelle forme d'isolateurs de vibrationsainsi qu'à un nouveau procédé de fabrication. On connait un certain nombre de types différents d'isolateurs de vibrations La présente invention concerne principalement les isolateurs du type en plaque et du type tubulaire, ainsi appelés parce que le premier type présente un faible rapport de la longueur au diamètre et est ainsi relativement plat tandis que le dernier type présente un rapport relativement important de la longueur au diamètre. Avant la présente invention, de tels isolateurs se compo- saient habituellement de pièces métalliques interne et externe et d'une pièce moulée en un élastomère s'étendant entre les deux pièces en métal et collée à elles. Tandis que cette forme bien connue de construction a permis la fabrication d'isolateurs à différentes dimensions et gammes de charges le procédé de fabrication comporte un certain nombre d'étapes qui ajoutent au prix du produit et doivent être effectuées avec soin en vue de la fiabilité du produit. Parmi ces étapes, il y a les étapes importantes du nettoyage des composants en métal, de l'application d'un conditionneur de collage ou adhésif aux pièces en métal afin qu'elles collent à la pièce en élastomère, puis d'in- troductindes composants dans le moule pour la fabrication de la pièce en élastomère. Le produit moulé doit également être chauffé pour effectuer et compléter la vulcanisation de l'élastomère. Troisièmement,une résistance du collage au cisaillement de l'ordre de 27,58 à 34,47 bars est souhaitable, afin d'empêcher la séparation de l'élastomère et des pièces en métal et de permettre à l'isolateur de répondre aux nécessités commerciales et de résister à un usage prolongé. Ce seuil de résistance du collage au cisaillement ne peut être obtenu que par une bonne conception et un accord strict avec les nécessités de fabrication, y compris un boxcontrôle des températures et pressions de moulage. La présente invention a pour objet principal un procédé perfectionné de fabrication d'isolateurs de vibratioms/okees du type en plaque et du type tubulaire, ainsi que les nouvelles formes perfectionnées de tels isolateurs. La présente invention a pour second objet important de permettre la fabrication des isolateurs du type décrit d'une façon évitant ou réduisant sensiblement les problèmes et limites associés au procédé de fabrication selon l'art antérieur. La présente invention a pour autre objet un procédé de fabrication d'isolateurs contre les vibrations et les chocs, sensiblement plus rapide et meilleur marché que les procédés ayant un objet analogue, déjà employés dans la technique. Ces objets sont atteints en formant un isolateur des vibrations et des chocs en deux matières plastiques synthétiques différentes en utilisant un processus de moulage par co-injection. Une matière plastique est une matière \ hermoplastique rigide; l'autre est un élastomère thermoplastique. Ce dernier est injecté après la matière thermoplastique rigide. Cet ordre d'injection est amorçé afin d'obtenir un bon collage des deux matériaux. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 est une coupe en élévation latérale d'un isolateur de vibrationsdu type en plaque selon un mode de réalisation préféré de l'invention; - les figures 2A-2C sont des coupes illustrant différentes positions d'un ensemble d'un moule par injec- tion à utiliser pour- former l'isolateur de la figure 1;et - les figures 3 et 4 sont des vues semblables de deux autres modes de réalisation de l'invention. En se référant maintenant à la figure 1, l'article qui y est illustré est un isolateur de vibrationsdu type en plaque, qui se compose de pièces interne et externe 2 et 4 et d'une pièce intermédiaire 6. Les piècesinterne et externe sont faites en une matière thermoplastique sensiblement rigide, tandis que la pièce intermédiaire est faite en un élastomère thermoplastique. Dans la présente description, le terme "matière thermoplastique sensiblement rigide" signifie une matière rigide et sensiblement solide ayant pour propriété de fondre (s'amollir au point de devenir liquide) quand on la chauffe à une température appropriée et de durcir et de devenir un solide de nouveau sensiblement rigide quand on la refroidità la température ambiante, c'est-à-dire 21 0C, et le terme "élastomère thermoplastique" signifie un matériau solide ayant pour propriété de fondre quand il est chauffé à une température appropriée et de durcir et de devenir un solide élastique et se comportant comme un élastomère quand il est refroidi à la température ambiante. Ces matières thermo- plastiques peuvent secomposer d'une seule substance polymérique thermoplastique ou d'un mélange de ces substances, avec ou sans additif comme des agents colorants, plastifiants, anti-oxydants, stabilisants et autres ingrédients fonctionnels modifiant avantageusement une ou plusieurs des propriétés physiques de la ou des substances thermoplastiques. De plus, il faut selon l'invention, que les pièces 2, 4 et 6 soient formées par moulage par injection. Par conséquent, la matière thermoplastique sensiblement rigide et l'élastomère thermoplastique doivent être faits en matériauxde moulage capablesd'être mouléspar injection. Les matériaux de moulage peuvent se composer ou être formés, à la majorité, d'un ou plusieurs polymères et/ou d'un ou plusieurs copolymères. De plus, le matériau utilisé pour fabriquer les pièces 2 et 4 et le matériau utilisé pour former la pièce 6 doivent être compatibles dans le sens qu'ils sont capables de se coller ou de se lier l'un à l'autre par fusion, c'est-à-dire par contact des matériaux - 2468034 quand au moins l'un d'entre eux est à l'état fluide puis en refroidissant le matériau à l'état fluide jusqu'à ce qu'il se soit solidifié et qu'il forme une liaison avec lWutre matériau. Tandis que les pièces 2 et 4 peuvent être formées en différents matériaux mutuellement compatibles qui fondent et se solidifient aux mômes températures ou presque, il est préférable qu'ils soient faits du môme matériau. De préférence, les pièces 2 et 4 ont un module de flexion supérieure à 27580 bars tandis que la pièce 6 est un élastomère thermoplastique mou à faible module, ayant une valeur au duromètre Shore à l'échalle A comprise entre 35 et 85. Par exemple, mais sans limitation, les pièces 2 et 4 peuvent être faites en polystyrène ayant un module de flexion de l'ordre de 32060 bars et la pièce 6 est faite en un composé de styrène-butadiène ayant une valeur au duromètre Shore à l'échelle A de 55. Les pièces 2, 4 et 6 sont illustrés sur les dessins comme ayant des limites nettement définies car, comme on l'expliquera ci-après en plus de détail, les interfaces entre ces pièces sont sensiblement dépourvues de tout mélange ou interdiffusion des matières thermoplastiques. En se référant encore à la figure 1, la pièce interne 2 présente des surfaces supérieure et inférieure 8 et 10 plates et annulaires, une surface cylindrique interne 12 définissant un alésage axial 17 et une limite externe représentée par une surface de révolution comprenant des sections extrômes cylindriques 16 et 18 et une section intermédiaire 20 à double courbure. La pièce externe 4 sert de bride pour l'unité de l'isolateur et présente une surface cylindrique externe 22 et une limite interne 24 représentépar une surface cylindrique, et des surfaces supérieure et inférieure26 et 28 mutuellement parallèles, qui sont parallèles aux surfaces correspondantes de la pièce interne 2 et qui s'étendent à angle droit à l'axe de la pièce interne. La pièce externe 4 comporte également un certain nombre d'orifices de montage 5. La pièce intermédiaire 6 présente des sections interne et externe et 32 qui sont collées respectivement à la pièce interne 2 par sa section limite 18 et à la pièce 4 par sa limite interne 24, plus une section intermédiaire convolutée 34 qui s'étend entre la pièce interne 2 et la pièce externe4. La section intermédiaire 34 est liée ou collée à la pièce interne 2 à la section limite 20. La section intermédiaire 34 sert de ressort pour localiser élastiquement la pièce interne 4 par rapport à la pièce externe 2. Quand le dispositif de la figure 1 est formé par le procédé de moulage décrit ci-après, il n'y a sensiblement pas de diffusion ou de mélange d'un matériau dans ou avec l'autre. De plus, il n'y a que des déformations mineures ou pas du tout, d'un matériau par l'autre,le long des régions limites. On a déterminé, en inspectant les coupes transversales des isolateurs tels que ceux de la figure 1 faiit selon l'invention, avec un microscope électronique à balayage à un grossissement de 20000, que les limites entre les pièces en élastomère thermoplastique de styrène_ butadiène et en polystyrène avaient une région d'inter- face (la région de diffusion ou de mélange d'un matériau dans ou avec l'autre) d'une épaisseur qui. n'atteignait qu'environ 25,4 X 10-6 mm. Néanmoins, la liaison entre les pièces en élastomère et non en élastomère est suffisam- ment forte pour que le dispositif fonctionne de façon satisfaisante comme un isolateur. En se référant maintenant aux figures 2A-2C, le dispositif de la figure 1 est produit selon un mode préféré de mise en pratique de l'invention, au moyen d'un moule de co-injection qui se compose essentiellement de trois organes relativement mobiles 36, 38 et 40, et d'une par'tie centrale ou noyau 42 fixé à l'organe 36 du moule. Comme on peut le voir sur la figure 2A, l'organe 36 présente une surface extrême interne contourée qui comporte quatre parties distinctes 44, 46, 48 et 50 tandis que l'organe 38 présente une première surface extrême interne plate 52 et une surface interne cylindrique 54. L'organe 40 présente une surface extrême interne contourée comprenant des sections 56 et 58 et une surface externe cylindrique 60 formant un ajustement à glissement précis avec la surface 54. Les organes du moule sont agencés de façon que quand ils sont en position fermée, les surfaces 50 et 52 correspondent l'une avec l'autre tandis que les surfaces 44 et 58 et le montant 42 forment une première cavité 62 et les surfaces 48, 52 et la partie supérieure de la surface 60 forment une seconde cavité 64. L'organe 40 présente un orifice central 66 o s'ajuste coulissant très précisément le montant central 42. Un certain nombre de broches 68 fixées dans l'organe 36 s'ajustent très précisément et de façon coulissante dans des orifices 70 de l'organe 38. Les broches 68 servent de noyau pour former les trous de montage 5. Les organes 36, 38 et 40 sont adaptés (par des moyens traditionnels non représentés mais connus de ceux qui sont compétents en la matière) à se déplacer les uns par rapport aux autres le long de l'axe du montant 42, ainsi, comme on l'a décrit ci-dessus, les organes 38 et 40 sont mobiles séparément et sélective- ment à différentes positions le long de cet axe, par rapport à l'organe 36. L'isolateur des vibrations de la figure 1 est fabriqué en utilisant l'ensemble de moulage des figures 2A-2C selon le procédé qui suit. D'abord, les organes 36, 38 et sont placés en position totalement fermée représentée sur la figure 2A (première position d'injection), et un matériau liquide thermoplastique approprié de moulage par injection, pouvant se solidifier en un solide rigide ou presque rigide (comme du polystyrène) est injecté dans les cavités 62 et 64 par les orifices d'injection 74 et 76 afin de former les pièces 2 et 4 de l'isolateur. Alors, l'organe 40 est retiré jusqu'à ce que le bord externe de sa surface 56 soit à fleur avec la surface 52, afin de former une troisième cavité 78 comme cela est illustré sur la figure 2B (seconde position d'injection). Ensuite, un matériau liquide thermoplastique approprié de moulage par injection, pouvant se solidifier en un matériau solide ayant les propriétés d'un élastomère (comme du butadiène-styrène) est injecté dans la cavité 78 par un ou plusieurs orifices d'injection 80 afin de former la pièce 6. Cette étape d'injection est entreprise après que le matériau injecté dans les cavités 62 et 64 se soit solidifié ou soit devenu suffisamment visqueux pour ne pas être déplacé ou détendu par le matériau injecté par l'orifice , mais soit cependant suffisamment mou pour se coller ou se lier à l'élastomère. Ainsi, la seconde étape d'injec- tien est effectuée tandis que le matériau dans les cavités 62 et 64 est toujours chaud mais après sa prise comme un solide. Par un choix approprié des matériaux, il est possible que la cavité 78 soit remplie en aussi peu de temps qu' une à trois secondes après remplissage des cavités 62 et 64, tout en obtenant une liaison satisfaisante entre les pièces en élastomère et non en élastomère. Enfin, quand la pièce 6 a pris comme un solide dans la cavité 78, les organes 38 et 40 sont séparés de l'organe 36 comme ox+eut le voir sur la figure 2C, et ensuite l'isolateur fini peut être retiré du moule et mis de côté pour refroidir. Ensuite, les organes du moule sont ramenés à la position représentée sur la figure 2A pour le cycle suivant de moulage. Dans le mode de réalisation préféré de mise en pratique de l'invention, les pièces 2 et 4 de l'isolateur sont moulées en polystyrène qui se solidie afin d'avoir un module de flexion de l'ordre de 32060 bars, et la pièce 6 de l'isolateur est formée en un copolymère de styrène- butadiène qui se solidifie afin d'avoir une dureté Shore A comprise entre 35 et 85 (selon le taux d'élasticité souhaité pour l'isolateur), le polystyrène étant de préférence un matériau vendu par Shell sous la dénomination commerciale ShelU DP-203 et le styrène-butadiène étant le matériau vendu par Shell sous la dénomination commerciale Kraton 3000 série caoutchouc thermoplastique. Les températures et pressions appropriées sont déterminées par les caractéris- tiques de matériaux utilisés, en effet, le polystyrène est injecté à envirôn 344,73 bars et le styrne-butadiène est injecté dans la chambre 78 à environ 413,68 bars, le tout à 1990C. La dernière étape d'injection doit se produire environ une à trois secondes après avoir terminé l'injection du composé de moulage de polystyrène dans les cavités 62 et 64. Les matériaux d'injection sont maintenus à une température de l'ordre de 1990C pendant les deux étapes d'injection, mais le moule est maintenu à une température de l'ordre de 38 à environ 661C pendant le processus de moulage. Le moule est ouvert et la pièce finie est retirée environ une minute après fin de la seconde étape d'injection. La pièce moulée est alors mise de côté et on la laisse refroidir jusqu'à la température ambiante avant étiquetage, examen et emballage. Les produits finis présentent une résistance du collage au cisaillement entre la pièce 6 et les pièces 2 et 4, d'au moins 27,58 à 34,47 bars et habituellement de l'ordre de 41,37 à 55,16 bars en comparaison à la résistance typique du collage de l'ordre de 34,47 bars entre les pièces en métal et en élastomère des isolateurs traditionnels métal/élastomère. On notera que l'injection de l'élastomère après injection du matériau rigide est critique. On a déterminé que si l'élastomère est injecté eémême temps ou avant le matériau rigide, on ne pouvait obtenir un isolateur satisfaisant car l'élastomère était incapable de résister à ladéformation dans la cavité 78 sous les pressions qu'il faut utiliser pour injecter la matière plastique rigide dans les cavités 62 et 64. Cela est vrai même si l'élasto- mère a totalement durci avant que le matériau non élasto- mère ne soit injecté. Uniquement si l'injection de - l'élastomère est retardée juscp' après que la matière plastique rigide ait pris suffisamment pour résister à une déformation sous les pressions requises pour injecter l'élastomère, il est possible d'obtenir une liaison suffisamment forte entre les pièces en élastomère et non en élastomère, et également que les pièces en élastomère se conforment exactement à la forme des trois cavités du moule. La présente invention présente un autre avantage distinct, en effet le taux d'élasticité de l'isolateur peut être modifié en modifiant la compositicaet par conséquent -le duromètre du matériau utilisé pour former la pièce intermédiaire 6. Ainsi, par exemple, le matériau de moulage Kraton est vendu par Shell sous le nom de Kraton 3226 pour un duromètre de 35 à l'échelle A, de Kraton 3202 pour un duromètre de 55 à l'échelle A et de Kraton 3204 pour un duromètre de 85 à l'échelle A. D'autres valeuis peuvent être obtenues par un mélange approprié de 2 ou 3 des matériaux de Kraton ci-dessus ou par addition ou substitu- tion d'autres élastomères thermoplastiques. La raideur des pièces 2 et 3 peut être modifiée en mélangeant une partie de l'élastomère comme matériau de moulage au polystyrène comme matériau de moulage. On notera que les pièces 2 et 4 ne doivent pas être absolument rigides; pour certaines applications d'isolateurs, il peut suffir ou être souhaita- ble que ces pièces soient simplement raides, c'est-à-dire semi-rigides. Le procédé ci-dessus décrit selon l'invention présente une autre caractéristique avantageuse, en effet les matériaux de moulage sont injectés coaxialement plutôt que par le procédé bi-axial révélé par I. Martin Spier dans le brevet US n0 3 950 483. On a trouvé que le moulage par injection coaxiale était plus simple à exécuter et conduisait ainsi à un produit plus fiable. La présente invention présente un autre avantage parce que l'on peut former des isolateurs de diverses formes, dimensions et ayant différentes caractéristiques d'isole- ment des vibrations. Ainsi,par exemple, la forme et/ou la dimension de la pièce intermédiaire 6 peuvent être modifiées simplement en modifiant les diverses parties du moule. De plus également par exemple, en moulant de façon appropriée l'ensemble du moule, il est possible de former un isolateur plat 90 (figure 3) se composant d'une pièce interne cylindrique 2A, d'une pièce externe cylindrique 4A avec une bride circulaire plate 92, et d'ie pièce intermédiaire cylindrique 6A ayant des surfacesex- trtespiates, De même par exemple également, la présente invention peut s'adapter à la formation d'un isolateur axialement allongé 96 (figure 4) o les trois pièces 2B, 4B et 6B sont toute cylindriques et o la longueur de la pièce 6B dépasse sensiblement son rayon interne ainsi que son rayon externe. Ces deux autres forme d'isolateurs présentent des caractéristiques différentes d'isolement des vibrations que l'unité de la figure 1, même ai elles sont faites dans le même matériau, La présente invention présente un autre avantages, en effet elle peut être mise en pratique avec une grande variété de matériaux thermoplastiques de moulage par injection. Ainsi, l'élastomère thermoplastique de moulage par injection constituant la pièce 6 peut se composer ou consister en un matériau autre que du styrène-butadiène connu de ceux qui sont compétents en la matière. On notera que le terme "élastomère thermoplastique" est un terme déjà connu de ceux qui sont compétents en la matière, comme cela est mis en évidence par Tobolsky et autres, Polymer Science and Materials, page 277, Wiley-Interscience (1971); et qu'il existe une grande variété de ces matériaux comme cela est révélé par A.A. Walker, Handbook of Thermoplastic Elastomers (1979). Par ailleurs, à titre d'exemple mais sans limitation, les pièces thermoplastiques 2 et 4 peuvent être faites en acrylonitrile-butadiènestyrène (ABS), poly méthyl méthacrylate (Plexiglasà), un polymère de propylène et d'autres matériaux évidents à ceux qui sont compétents en la matière, comme cela est enseigné par exemple dans les brevets US no 3 941 859, 3 962 154 et 4 006 116. Le choix exact des matériaux utilisés dépendra des caractéris- tiques souhaitées et de la compatibilité de l'élastomère et du non élastomère par rapport à la liaison l'un à l'autre. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée aux il modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles- ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. REVENDICATIONS R E v E N D I C A T I 0 N S 1. Isolateur de vibrations,caractérisé en ce qu'il comprend: des première et seconde pièces concentriques et sensiblement espacées (2, 4) faites en un polymère thermo- plastique et raide; et une troisième pièce (6) s'étendant et fixée entre lesdites première et seconde pièces, ladite troisième pièce étant faite en un élastomère organique thermoplastique et fixée auxdites première et seconde pièces par liaison directe dudit polymère organique thermoplastique. 2. Isolateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la troisième pièce précitée est collée aux première et seconde pièces précitées en conséquence d'une fusion directe de l'élastomère thermoplastique précité et du polymère thermoplastique précité. 3. Isolateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il a des interfaces de liaison o la troisième pièce précitée est collée aux première et seconde pIoesprécitées à une profondeur de l'ordre de 25,4 X 10-6 mm. 4. Isolateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il a une partie formant bride externe formée par la première partie (4) précitée et une partie formant manchon interne formée de la seconde partie (2) précitée. 5. Isolateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la troisième pièce (6) précitée est convolutée en coupe transversale radiale. 6. Isolateur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il a un axe central, et en ce que, de plus, la dimension de la seconde pièce précitée mesurée parallèlement à l'axe est sensiblement supérieure à la dimension corres- pondante de la première pièce précitée. 7. Isolateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la troisième pièce précitée présente une partie externe (32) fixée à la première pièce précitée, une partie interne (30) fixée à la seconde pièce précitée, et une partie intermédiaire (34) reliant lesdites parties externe et interne, ladite partie externe étant collée ou liée et entourée de ladite première pièce et ladite partie interne étant collée ou liée et entourant au moins une partie de ladite seconde pièce. 8. Isolateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la partie intermédiaire précitée s'étend à un angle' aigu par rapport à l'axe précité. 9. Isolateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les première et seconde pièces précitées (2, 4) sont faites en polystyrène ayant un module de flexion supérieur à 27580 bars. 10. Isolateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la troisième pièce (6) précitée est faite en un matériau mou ayant un faible module, ayant une dureté Shore A comprise entre 35 et 85. 11. Isolateur selon la revendication 10, caractérisé en ce que la troisième pièce (6) précitée est faite d'un copolymère de styrène et de butadiène. 12. Isolateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les première et seconde pièces précitées (2, 4) sont des organes tubulaires. 13. Isolateur selon la revendication 12, caractérisé en ce que la première pièce (4) précitée se compose d'une section tubulaire entourant et liée à la troisième pièce précitée, et d'une section formant bride faisant corps avec ladite section tubulaire. 14. Isolateur selon la revendication 12, caractérisé en ce que la seconde pièce (2) précitée est plus longue que la première pièce (4) précitée,et en ce qu'une partie de ladite seconde pièce est coextensive avec ladite seconde pièce sur la longueur de ladite seconde pièce. 15. Procédé de production d'un isolateur des vibrations ayant (a) des première et seconde pièces concentriques et mutuellement espacées moulées en un matériau non élasto- mère thermoplastique et sensiblement rigide, et (b) une trasième pièce moulée en un élastomère thermoplastique et s'étendant et collée entre lesdites première et seconde pièces, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de (1) mouler par injection lesdites première et seconde pièces (2, 4) simultanément dans des première et seconde cavités de moule (62, 64), respectivement; et (2) mouler par injection ladite troisième pièce (en 78) entre lesdites première et seconde pièces afin que ledit élastomère thermoplastique dont est moulée ladite troisième pièce, se colle directement au matériau non élastomère thermoplastique dont sont faites lesdites première et seconde pièces. 16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que la troisième pièce précitée est moulée après durcissement du polymère thermoplastique précité avant qu'il ait atteint sa dureté maximum. 17. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que les première et seconde pièces précitées sont en polystyrène. 18. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que la troisième pièce précitée est en un copolymère de styrène et de butadiène.