Brevet FR2539671A1 — publié le 19840727

L'invention concerne un produit alvéolaire nouveau, spécialement utile comme coussin de siège, et un procédé de fabrication de ce produit. Antérieurement, on a utilisé divers procédés pour fabriquer des coussins en matière alvéolaire qui constituent à la fois un soutien et un siège moelleux et confortable Les procédés de fabrication de coussins de ce genre consistent pour la plupart à coller ensemble, avec des adhésifs, des matières alvéolaires de types différents et/ou des matières alvéolaires dé duretés différentes pour former un coussin stratifié ayant les propriétés désirées Ces procédés sont efficaces, mais ils sont longs et relativement coûteux. Dans le brevet US 4 190 697 de Ahrens, on décrit un procédé de fabrication, sans utilisation d'adhésifs, d'un produit alvéolaire à multiples masses volumiques convenant à l'utilisation comme coussin de siège Dans ce procédé breveté, on prépare un coussin de matière alvéolaire présentant une couche inférieure alvéolaire ferme de grande masse volumique et une couche supérieure alvéolaire souple de faible masse volumique, en plaçant dans un moule une première composition capable de donner une matière alvéolaire ferme, en laissant cette composition commencer à monter et à mousser, en versant une deuxième composition liquide, capable de former une matière alvéolaire souple, à travers la première compo- sition qui monte, de sorte que la première composition flotte sur la deuxième, puis en laissant les deux compo- sitions mousser, monter et durcir en donnant un produit alvéolaire à multiples masses volumiques dans lequel les couches de matière alvéolaire de masses volumiques différentes sont liées et enchevêtrées entre elles à leurs limites communes Un but de l'invention est de fournir un pro- duit alvéolaire à multiples masses volumiques ayant un facteur d'affaissement d'environ 4,5 ou davantage, qui convienne à l'utilisation comme coussin de siège pour des meubles rembourrés,-des meubles de bureau ou des sièges de véhicule. Un autre but est encore de fournir un procédé de fabrication d'un tel produit alvéolaire à multiples masses volumiques sans utilisation d'adhésifs. Le produit alvéolaire à multiples masses volumiques de l'invention, qui a un facteur d'affais- sement d'environ 4,5 ou davantage est formé de matières alvéolaires de différentes masses volumiques Le pro- duit comprend une couche inférieure porteuse ferme formée d'une matière alvéolaire de grande masse volu- mique et à module élevé, une couche supérieure de matière alvéolaire souple de masse volumique plus faible et de module plus faible et une bordure ou paroi latérale de soutien en matière alvéolaire La couche supérieure, la couche inférieure et la paroi latérale en matière alvéolaire sont liées ou enche- vêtrées entre elles sans utilisation d'adhésifs. L'invention concerne aussi un procédé de fabrication du produit alvéolaire à trois constituants, qui consiste à placer au centre d'un moule une première composition qui donne une matière alvéolaire ferme de grande masse volumique, à placer à la périphérie de la première composition dans le moule une bordure d'une deuxième composition qui donne une matière alvéolaire de masse volumique moyenne, à laisser les deux composi- tions mousser et commencer à monter, puis à verser à travers la première composition une troisième composi- tion qui donne une matière alvéolaire de faible masse volumique La troisième composition est un liquide et elle a une plus grande densité que les première et deuxième compositions en cours de moussage, de sorte qu'au moins la première composition en cours de mous- sage flotte sur la troisième composition On laisse alors les trois compositions crémer, mousser et monter pour remplir le moule fermé Quand l'objet est suffi- samment durci, on le retire du moule On le renverse à 1800 pour l'utiliser comme coussin présentant en haut une matière alvéolaire souple et confortable de faible masse volumique, en bas une matière alvéolaire ferme de grande masse volumique, et une bordure ou paroi laté- rale de matière alvéolaire de masse volumique moyenne. Dans le procédé préférentiel, on n'ajoute pas la troisième composition immédiatement après la pre- mière et la deuxième Il est préférable qu'il existe un retard permettant à la première compositionde com- mencer à crémer et à diminuer de densité, de façon qu'elle flotte sur la troisième composition liquide. La longueur du retard nécessaire dépend des vitesses de réaction des matières alvéolaires utilisées, prin- cipalement de la vitesse de réaction de la première composition Si la quantité de la première composition a trop augmenté dans la réaction de moussage, sa vis- cosité sera telle que la troisième composition ajoutée ne pourra pas pénétrer la première composition Par contre, si la réaction de moussage de la première compo- sition n'est pas assez avancée, la première composition se mélangera à la troisième et le produit obtenu ne présentera pas les couches stratifiées désirées de matières alvéolaires de différentes masses volumiques. Dans la pratique préférentielle du procédé, un retard de 10 à 30 secondes est acceptable étant donné qu'en ce laps de temps, la première composition aura monté d'environ 10 à 80 % de sa montée possible et que la troisième composition passera encore à travers la pre- mière couche sans effets nuisibles. Les buts ci-dessus ainsi que d'autres appa- raitront à l'homme de l'art d'après la description qui suit. La figure 1 est une vue en perspective, par- tiellement en coupe, du mode d'exécution préférentiel du produit alvéolaire en trois parties de l'invention; La figure 2 est une vue en perspective d'un moule ouvert dans lequel on peut fabriquer le produit alvéolaire; La figure 3 est une vue en plan du moule de la figure 2 contenant la première composition; La figure 4 est une vue similaire à celle de la'figure 3, la première et la deuxième compositions étant dans le moule; La figure 5 est une vue latérale en éléva- tion et en coupe suivant la ligne 5-5 de la figure 4, montrant les mousses une fois qu'elles ont commencé à monter; La figure 6 est-une vue similaire à la figure 3, mais immédiatement après l'addition de la troisième composition; La figure 7 est une vue en élévation en coupe suivant la ligne 7-7 de la figure 6, montrant le proces- sus d'expansion accompli approximativement à moitié et La figure 8 est une vue similaire à la figure 7, mais sur laquelle le couvercle du moule est fermé et les mousses ont monté de manière à remplir le moule. Sur la figure 1, on voit un produit alvéolaire à trois constituants, propre à servir de coussin de siège Le produit alvéolaire 10 est formé d'une couche inférieure ferme 11, de matière alvéolaire, d'une couche supérieure souple 12 de matière alvéolaire et d'une bordure ou paroi latérale 13 en matière alvéolaire de masse volumique intermédiaire La couche inférieure 11, la couche supérieure 12 et la bordure ou paroi laté- raie 13 sont liées ou enchevêtrées entre elles à leurs limites communes 14. La fonction de la couche inférieure ferme 11 dans un coussin est soit d'assurer au coussin de hautes qualités de soutien, soit de former au sein du coussin une couche absorbant de l'énergie ou isolante vis-à-vis de l'énergie; la fonction de la couche supérieure souple 12 est de former un distributeur confortable de 1 o charge qui donne à l'ensemble du coussin un toucher doux et luxueux et la fonction de la bordure ou paroi latérale en matière alvéolaire de masse volumique moyenne est d'augmenter la facilité de rembourrage, relativement à ce que l'on peut obtenir avec un coussin en deux parties Les constituants alvéolaires se collent ensemble le long de leurs limites communes 14 pendant le processus de durcissement, ce qui élimine la nécessité d'utiliser des adhésifs. On décrira maintenant le procédé de fabrica- tion du produit alvéolaire 10 à propos des figures 2 à 8 des dessins. On fabrique le produit alvéolaire 10 dans un moule 15 comme celui que montre la figure 2 ou dans des moules d'autres configurations appropriées Le moule 15 comprend un couvercle 16 et un récipient 17 Des pinces à genouillère 18, 19 et 20 sont prévues pour fixer le couvercle 16 au récipient 17 On place de préférence le moule 15 sur un transporteur (non représenté) et on verse dans le moule des compositions liquides destinées à for- mer les matières alvéolaires On laisse alors les compo- sitions monter et durcir dans le moule fermé pour for- mer le produit alvéolaire 10. Dans la pratique préférentielle du procédé de l'invention, on verse dans le centre du moule 15 une première composition liquide 21 destinée à former la couche inférieure de matière alvéolaire ferme 11, en couvrant partiellement le fond du moule (figures 2 et 3) Immédiatement, avant que la première composition 21 ne crème ou ne monte, on verse à la périphérie de la première composition une deuxième composition liquide 22 destinée à former la paroi latérale 13 en matière alvéolaire de masse volumique intermédiaire (figure 4). Ensuite, une fois que les première et deuxième composi- tions ont commencé à crémer et à monter et ont atteint environ 10 à 80 % de leur montée possible (figure 5), on verse dans le moule 15, sur et à travers la première composition 21, une troisième composition liquide 23 destinée à former la couche supérieure de matière alvéo- laire souple 12 (figure 6). La première composition 21, qui monte et mousse au moment o l'on ajoute la troisième composi- tion 23, a une densité inférieure à celle de la compo- sition 23 Donc, la troisième composition 23 passe à travers la première composition 21 qui monte et la première composition 21 flotte sur la surface supé- rieure de la troisième composition liquide 23 (figure 7) Sur les dessins, seule la première composition 21 est représentée comme flottant à la surface de la compo- sition 23, mais la deuxième composition 22 flottera aussi sur la troisième composition liquide 23, si l'on ajoute suffisamment de la troisième composition 23 On ferme alors le moule avec le couvercle 16 et on laisse le contenu monter et durcir Le temps nécessaire au durcissement est d'environ 6 à 10 minutes et varie selon les ingrédients des compositions et la quantité et le type de catalyseur utilisé On retire alors du moule le produit alvéolaire obtenu 10 et, si on le désire, on l'écrase au moyen de rouleaux essoreurs pour crever les alvéoles fermés et on le laisse dur- cir davantage Lorsqu'on l'utilise comme coussin, on renverse à 1800 le produit 10 de sorte que la couche de matière alvéolaire souple 12 se trouve en haut et la couche ferme 11 en bas, comme on le voit sur la figure 1. La couche ferme 11 est de préférence formée de polyuréthanne alvéolaire de grande masse volumique et elle a une DCI (déformation sous une charge d'inden- tation) de 25 % ou une dureté d'environ 311 N ( 70 lbs) ou davantage; une DCI à 65 % d'environ 256 N ( 185 lbs) ou davantage et un facteurd'affaissement de 2,65 La couche de matière alvéolaire souple 12 a de préférence une DCI à 25 % d'environ 93 N ( 21 lbs), une DCI à 65 % d'environ 262 N ( 58,8 lbs) ou davantage et un facteur d'affaissement d'environ 2,8 La paroi latérale ou bordure 13 est de préférence formée d'une matière alvéo- laire de masse volumique intermédaire qui a une DCI à % d'environ 222 N ( 50 lbs), une DCI à 65 % de 612 N ( 137,5 lbs) et un facteur d'affaissement de 2,75 Le produit 10 a un facteur d'affaissement global ou indice DCI ( 65/25) d'environ 4,5 à 6,5. Les exemples qui suivent illustreront mieux les avantages de l'invention et permettront de comprendre plus complètement le procédé préférentiel. EXEMPLE 1 Produit alvéolaire à multiples masses volumiques Au centre d'un moule de 102 x 381 x 381 mm, on place 393 g de la composition n 1. Composition n 1 (g) polyéthertriol, PM 4 800, indice d'hydroxyle 34,0 (NIAX Polyol 11-34) 63,20 polymère acrylonitrile polyol, indice d'hydroxyle 28 (NIAX Polyol 31-28) 35,00 diéthanolamine 1,80 eau 2,30 amine tertiaire, catalyseur 1,90 Z 539671 tensioactif de silicone non hydrolysable (L 5309) 0,60 porogène du type fluorocarbure 8,00 quasi-prépolymère, 32 % de NCO libre (NIAX isocyanate SF 50) 41,70 Immédiatement après, à la périphérie de la composition 1, on verse 328 g de la composition 2. Composition n 2 (g) polyéthertriol, PM 4800, indice d'hydroxyle 34,0 (NIAX Polyol 11-34) 66,92 polymère acrylonitrile polyol, indice d'hydroxyle 28 (NIAX Polyol 31-28) 37,05 diéthanolamine 1,90 eau 2,43 amine tertiaire, catalyseur 2,01 tensioactif de silicone non hydrolysable (L 5309) 0,63 porogène du type fluorocarbure 8,47 quasi-prépolymère, 32 % de NCO libre (NIAX isocyanate SF 50) 41,70 On laisse alors crémer et monter les compositions n l et 2 pendant 30 secondes; en ce temps, elles atteignent 65 % de leur montée totale possible. Ensuite, on verse dans le moule 589 g de la composition n 3, directement au centre et par-dessus la composition 1 qui monte encore. Composition n 3 (g) polyéthertriol, PM 4800, indice d'hydroxyle 34,0 (NIAX Polyol 11-34) 60,00 polymère acrylonitrile polyol, indice d'hydroxyle 28,0 (NIAX Polyol 31-28) 35,00 triéthanolamine éthoxylée, indice d'hydroxyle 635 (Thanol SF 265) 5,00 eau 2,50 amine tertiaire, catalyseur 1,35 catalyseur organoétain 0,03 tensioactif de silicone non hydro- lysable (L 5309) 1,00 porogène du type fluorocarbure 8,00 polyisocyanate modifié, 40 % de NCO libre (Mondur MT 40) 35,16 La composition n 3, qui est liquide quand on l'ajoute, a une plus grande densité que la compo- sition n 1 en train de crémer et de monter et elle passe au travers de celle-ci Par suite, la composi- tion n 1 flotte à la surface de la composition n 3. On ferme alors le couvercle du moule et on le bloque, et on laisse le contenu mousser, monter et durcir pen- dant 10 minutes On retire alors le produit du moule, et on l'écrase au moyen de rouleaux essoreurs pour crever les alvéoles fermés et on le laisse durcir à la température ambiante pendant sept jours. Le produit alvéolaire obtenu présente les propriétés de charge suivantes: Déformation sous une charge d'indentation % de déformation 93 N( 21,0 lbs) % de déformation 512 N( 115,0 lbs) Facteur d'affaissement 5,47. Les ingrédients des compositions n 1, 2 et 3 portant la désignation NIAX et le tensioactif de silicone sont fournis par Union Carbide La triéthano- lamine éthoxylée (Thanol SF 265) est fournie par Jeffer- son Chemical Company et le polyisocyanate modifié (Mon- dur) est fourni par Mobay Chemical Les produits d'autres fabricants, ayant des propriétés équivalentes et jouant les mêmes rôles, peuvent être utilisés en remplacement. 253 ? 671 EXEMPLE 2 Aux fins de comparaison, on fabrique des produits alvéolaires en suivant le procédé de l'exemple 1, si ce n'est que l'on utilise une seule composition pour fabriquer chaque produit Les produits obtenus ont les caractéristiques suivantes: Produit tiré de la composition N O 1 Echantillon de 930 g, 102 x 381 x 381 mm Déformation sous une charge d'indentation 25 % de déformation 311 N ( 70,0 lbs) % de déformation 825 N ( 185,5 lbs) facteur d'affaissement 2,65. Produit tiré de la composition N O 2 Echantillon de 900 g, 102 x 381 x 381 mm Déformation sous une charge d'indentation % de déformation 222 N ( 50,0 lbs) % de déformation 609 N ( 137,5 lbs) facteur d'affaissement 2,75. Produit tiré de la composition N O 3 Echantillon de 800 g, 102 x 381 x 381 mm Déformation sous une charge d'indentation % de déformation 93 N ( 21,0 lbs) % de déformation 262 N ( 58,8 lbs) facteur d'affaissement 2,8. Les produits alvéolaires tirés des composi- tions individuelles ne sont pas satisfaisants pour l'utilisation comme coussins de siège, étant donné qu'ils ont un facteur d'affaissement inférieur à 3,0. On juge les produits fabriqués selon les. exemples d'après leur apparence et leur aptitude à l'utilisation comme coussin, l'apparence d'une sec- tion du produit et le facteur d'affaissement. Le produit de l'exemple 1 est acceptable pour l'utilisation comme coussin Le haut du produit est couvert de la couche de matière alvéolaire souple, la paroi latérale est formée de matière alvéolaire de fermeté intermédiaire et le bas du coussin est une couche de matière alvéolaire ferme assurant le sou- tien Une section du produit indique qu'il y a une nette stratification des trois matières alvéolaires de masses volumiques différentes et une ligne d'enche- vêtrement prononcée là ou les matières sont réunies. Les produits fabriqués selon l'exemple 2 sont inacceptables comme coussins Ou bien ils ont des facteurs d'affaissement insuffisants ou bien ils contiennent des cavités inacceptables. La méthode de détermination de la déforma- tion sous une charge d'indentation est décrite dans la norme ASTM D 156463 T Le facteur d'affaissement ou indice DCI ( 65/25) est le quotient de la compression à 65 % par la compression à 25 % Ce rapport indique dans une certaine mesure une relation plus ou moins linéaire entre les notes attribuées pour former une courbe d'élasticité Un facteur d'affaissement de 3 à 4,5 est considéré comme acceptable pour un coussin de siège destiné à une autoneige ou à un objet d'équipe- ment industriel et un facteur d'affaissement d'environ 4,5 à 6,0 est considéré comme acceptable pour un siège de véhicule de tourisme ou un meuble rembourré. Aux fins d'illustration, on a décrit des compositions de constitution déterminée pour les compo- sitions N O 1, 2 et 3, mais l'homme de l'art comprendra facilement que l'on peut utiliser toutes compositions qui donnent des matières alvéolaires ayant les proprié- tés désirées lorsqu'on les utilise dans le procédé de l'invention Le choix des ingrédients dépendra de la fonction que doit assumer la couche de matière alvéo- laire Quand le rôle de la couche de matière alvéolaire 253967 1 ferme est d'assurer un grand soutien, une matière à DCI élevée est préférable Toutefois, si la fonction principale de la couche ferme est d'absorber l'éner- gie, la composition doit être conçue pour donner une matière semiflexible à degré élevé de réticulation. La paroi latérale est de préférence formée d'une matière alvéolaire semi-flexible de masse volumique intermédiaire qui assure un soutien suffisant pour l'usage prévu Toutefois, on peut utiliser toute compo- sition donnant une matière alvéolaire plus ferme que celle de la couche souple-et qui assure un soutien approprié La couche de matière alvéolaire souple est de préférence une matière de grande élasticité à faible DCI Toutefois, on peut utiliser toute compo- sition donnant une couche de matière alvéolaire souple qui joue le rôle d'un distributeur de charge confor- table-et donne à l'ensemble du coussin un toucher moelleux et luxueux. Les matières alvéolaires de polyurétanne se forment par la réaction d'un polyol et d'un poly- isocyanate en présence d'un porogène, d'un catalyseur et d'un tensioactif Le porogène engendre du gaz pour le moussage, le catalyseur accélère la réaction et le tensioactif stabilise la mousse qui monte et règle la grandeur des alvéoles En faisant varier le type et la quantité de ces ingrédients, l'homme de l'art pourra fabriquer des polyuréthannes alvéolaires répondant aux conditions de la couche ferme de soutien et de la couche souple et confortable. Il est évident pour l'homme de l'art qu'il est possible de faire un certain-nombre de modifications sans s'écarter de l'esprit ni de la portée de l'inven- tion Par exemple,-si l'on a décrit à titre d'illus- tration la fabrication d'un produit présentant une paroi latérale continue de matière alvéolaire de masse volumique intermédiaire, il peut y avoir des cas o l'on désire seulement une paroi latérale partielle. REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication d'un produit alvéolaire ( 10) comportant une partie supérieure en matière alvéolaire souple de faible masse volumique ( 12), une partie inférieure ferme de support ( 11) en matière alvéolaire de masse volumique élevée et une paroi latérale de soutien ( 13) en matière alvéolaire de masse volumique intermédiaire, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: (a) placer au centre d'un moule ( 15) une première composition ( 21) qui donne une matière alvéolaire ferme ( 11), en remplissant partiellement le moule ( 15); (b) placer dans le moule ( 15), à la périphérie de la première composition ( 21), une deuxième composition ( 22) qui donne une matière alvéolaire de masse volu- mique intermédiaire ( 13), formant ainsi une bordure (c), laisser la première composition ( 21) crémer, mousser et monter d'environ 10 à 80 % de sa montée possible; (d) ajouter dans le moule ( 15) une troisième compo- sition ( 23) donnant une matière alvéolaire souple ( 12), cette troisième composition ( 23) étant liquide et ayant une densité plus élevée que la première compo- sition ( 21) de sorte que la troisième composition ( 23) passe à travers la première composition ( 21) et que la première composition flotte sur la troisième compo- sition ( 23); et (e) laisser les trois compositions ( 21, 22, 23)crémer, mousser, monter et durcir pour obtenir un seul produit alvéolaire ( 10)'présentant une couche de matière alvé- olaire ferme ( 11), une couche de matière alvéolaire souple ( 12) et une bordure ou paroi latérale ( 13) en matière alvéolaire de masse volumique intermédiaire, ces couches et cette paroi latérale se liant et s'en- chevêtrant entre elles à leurs limites communes ( 14) pendant le processus de durcissement. 2 Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les matières alvéolaires ferme ( 11), intermédiaire ( 13) et souple ( 12) sont des matières alvéolaires de polyuréthanne. 3 Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le produit alvéolaire à multiples masses volumiques ( 10) a un facteur d'affaissement d'environ 4,5 à 6,5. 4 Produit ( 10) propre à servir de coussin, caractérisé par le fait qu'il comprend une couche supérieure de matière alvéolaire dure ( 11) une couche inférieure de matière alvéolaire souple ( 12) et une bordure ou paroi latérale ( 13) en matière alvéolaire de masse volumique intermédiaire, les couches et la paroi latérale étant liées et enchevêtrées entre elles le long de leurs limites communes ( 14) sans utilisation d'adhésifs. Produit selon-la revendication 4, carac- térisé par le fait qu'il a un facteur d'affaissement d'environ 4,5 à 6,5. 6 Produit selon la revendication 4, carac- térisé en ce que la couche ferme ( 11) est formée de polyuréthanne alvéolaire réticulé. 7 Produit alvéolaire à multiples masses volumiques ( 10) fabriqué par le procédé selon la reven- dication 1, propre à servir de coussin de siège, caractérisé par le fait qu'il comprend une couche de matière alvéolaire ferme ( 11), une couche de matière alvéolaire souple ( 12) et une bordure ou paroi laté- rale ( 13) en matière alvéolaire de masse volumique intermédiaire, ces couches étant liées et enchevêtrées entre elles le long de leurs limites communes ( 14) sans utilisation d'adhésif.