Brevet FR2612450A1 — publié le 19880923

PROCEDE POUR LA FABRICATION D'OBJETS CREUX DE FORME ET DE DURETE RéGLABLES, ET COUSSIN REALISABLE PAR SA MISE EN OEUVRE L'invention concerne un procédé pour la fabrication d'objets creux de forme et de dureté réglables. Elle s'étend à des coussins réalisables par la mise en oeuvre de ce procédé. Les coussins traditionnels utilisés comme éléments de confort présentent une forme et une dureté définies une fois pour toute lors de leur fabrication, et fonctions de la nature et de la densité du matériau de remplissage. Cette forme et cette dureté ne peuvent donc être modifiées selon le bon vouloir de l'utilisateur, ce qui présente un certain handicap, notamment lors de l'utilisation de ces coussins par des personnes différentes, tel que dans le domaine de l'aviation, l'automobile... Pour pallier cet inconvénient, il a été conçu des coussins constitués d'un élément pneumatique dont la pression intérieure et donc la dureté et la forme peuvent être modifiées par admission ou rejet d'air sous pression. De tels coussins sont notamment décrits dans le brevet français n0 81.07826 et la demande de brevet française n0 81.13580. Toutefois, ces coussins présentent plusieurs inconvénients. D'une part, une augmentation de la pression interne de l'enveloppe n'entraîne pas obligatoirement une augmentation du confort de l'utilisateur. En effet, au-delà d'une certaine pression, le coussin n'épouse plus la forme du corps de cet utilisateur et soumet ce dernier à des pressions locales qui peuvent être désagréables. D'autre part, l'enveloppe étant uniquement remplie d'air, elle doit obligatoirement être structurée de façon à présenter un bon maintien (renforcement périphérique pour le brevet n0 81.07826 ou plusieurs boudins accolés pour la demande de brevet n0 81.13580). Une telle nécessité a pour effet d'augmenter notablement le prix de revient des coussins. Enfin, lors des changements de forme, seule l'élasticité éventuelle de l'enveloppe permet le retour du coussin vers son état de volume maximum.Cette élasticité étant insuffisante, l'air doit par conséquent être introduit sous pression, tel que par actionnement de la pompe décrite dans le brevet n0 81.07826. L'objectif essentiel de la présente invention est de pallier les inconvénients des dispositifs connus, en fournissant un objet creux de forme et de dureté réglables adapté pour épouser la forme du corps de l'utilisateur dans chacune de ses configurations. Un autre objectif de l'invention est de fournir un coussin doté d'une enveloppe d'un prix de revient très faible. Un autre objectif est de fournir un coussin apte à revenir très rapidement à sa position de volume maximum sous le jeu de l'élasticité propre de ses composants, sans nécessiter d'admission d'air sous pression. A cet effet, le procédé objet de l'invention, pour la fabrication d'un objet creux de forme et de dureté réglables, se caractérise en ce qu'il consiste - à réaliser une enveloppe étanche en un matériau souple, dotée d'un orifice, - à remplir ladite enveloppe d'un mélange polymérisable, et à laisser polymériser ledit mélange de façon à obtenir un matériau cellulaire compressible, - et à obturer l'orifice de l'enveloppe au moyen d'une valve bidirectionnelle. Ce procédé s'applique tout particulièrement mais non exclusivement pour la fabrication de coussins. Sur le plan de la fabrication, ce procédé présente deux avantages : d'une part, le remplissage étant effectué "in situ", seule la quantité de mélange strictement nécessaire est utilisée. D'autre part, ce remplissage s'effectue très facilement car l'injection de mélange est faite classiquement en phase liquide, visqueuse ou au moyen d'un mélange pulvérulent. Préférentiellement, le mélange utilisé sera un mélange polymérisable expansible, notamment du type comprenant des polyols, des isocyanates, des catalyseurs, de l'eau, des agents gonflants, et des additifs. Un tel mélange permet d'obtenir, lors de sa polymérisation, un matériau cellulaire qui, au moment de son expansion, se lie à l'enveloppe. De la sorte, dans l'état de volume maximum du coussin, une pression sur l'enveloppe destinée à engendrer une déformation de ce coussin, sera limitée par la résistance à l'allongement de la mousse. Lors de son utilisation, un objet creux réalisé à partir de ce procédé peut présenter deux états : - un état de volume maximum, dit état épanoui, correspondant à un état non comprimé de la mousse, dans lequel l'étanchéité de l'enveloppe est assurée par la valve bidirectionnelle. L'objet présente alors son volume maximum et sa dureté minimum, - un état de volume réduit dans lequel le volume de mousse est contraint dans la position choisie par l'utilisateur et reste dans cette position sous l'effet de la pression atmosphérique. La valve empêche alors toute introduction d'air à l'intérieur de l'enveloppe. Il est à noter que dans cet état de volume réduit, le coussin épouse parfaitement la forme du corps de l'utilisateur et présente donc une surface portante importante entraînant une diminution notable des pressions ponctuelles s'exerçant sur cet utilisateur. Toute modification de la forme et de la dureté est, en outre, obtenue très facilement en ouvrant la valve bidirectionnelle qui permet une circulation de l'air, de l'intérieur vers l'extérieur dans le cas d'une compression de l'objet creux, ou de l'extérieur vers l'intérieur dans le cas contraire. Par ailleurs, 1' enveloppe est préférentiellement réalisée, d'un seul tenant, en un matériau élastique, de façon que cette enveloppe présente dans son état de repos, avant remplissage, une surface correspondant sensiblement à l'état épanoui de l'objet creux. Sa mise en oeuvre peut être effectuée par tout procédé approprié tel que moulage, projection, injection, compression, trempage, thermoformage, extrusion, soufflage... Le matériau utilisé doit quant à lui être susceptible de se présenter sous la forme d'un film souple possédant un allongement à la rupture supérieur à 100 %. Parmi les matériaux répondant à ces critères, on peut citer les films de polyuréthanne, le caoutchouc naturel ou synthétique, les films PVC, les films ou mousses de polyéthylène, les silicones. Sur le plan de la fabrication, le fait de réaliser une enveloppe d'un seul tenant réduit notablement le cotit de fabrication, étant donné que cette enveloppe est réalisée en une seule opération. Sur le plan de l'exploitation du coussin, le fait que l'enveloppe soit élastique, conjugué au fait que la mousse et cette enveloppe soient intimement liées en tous points, amène les avantages suivants - le coussin ne talonne pas, dans son état épanoui, mais accepte par contre une déformation ayant pour force réactive les résistances à l'allongement de l'enveloppe et de la mousse, - la souplesse de l'enveloppe permet de profiter réellement de la résistance à la compression de la mousse sans création de phénomène d'indentation, - dans l'état de volume réduit du coussin, et pour le retour vers l'état épanoui, l'enveloppe a une fonction dynamique de par sa résilience qui l'incite à revenir vers cet état épanoui. Parmi les procédés de fabrication de l'enveloppe cités ci-dessus, le procédé avantageusement utilisé consiste à tremper un outil de forme conjuguée de celle du coussin dans son état épanoui, dans un bac de latex, puis à vulcaniser l'enveloppe ainsi obtenue. Ce procédé permet, en effet, de réaliser toutes les formes creuses désirées au niveau de l'enveloppe, étant donné que la matière vient se déposer sur un outil par trempage. L'enveloppe ainsi réalisée est ensuite préférentiellement disposée à l'intérieur d'un conformateur, en vue de son remplissage, de façon à contrôler son expansion sous la poussée de la réaction de polymérisation. En outre, l'utilisation d'un conformateur permet de réaliser le remplissage avec l'enveloppe en extension, de façon que le coussin ne présente pas de zones de froissement lors de sa compression. L'invention s'étend en tant que produit nouveau à un coussin susceptible d'être réalisé à partir du procédé décrit ci-dessus. Ce coussin se caractérise en ce qu'il comprend une enveloppe étanche en un matériau souple, dotée d'un orifice, une valve bidirectionnelle obturant ledit orifice, et un matériau compressible de remplissage. D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention se dégageront de la description qui suit, en référence aux dessins annexés, qui en représentent un mode de mise en oeuvre préférentiel. Sur ces dessins qui font partie intégrante de la description : - les figures 1 à 5 illustrent les différentes étapes de fabrication d'un coussin, conformément à l'invention, - la figure 6 est une coupe longitudinale partielle selon un plan A-A d'un coussin- conforme à l'invention, - la figure 7 est une vue en perspective, avec un arraché, de ce coussin, - les figures 8a, 8b et 8c illustrent le fonctionnement d'un coussin conforme à l'invention. Le coussin représenté aux figures 6 et 7 est destiné à fournir une surface d'appui de forme et de dureté réglables à son utilisateur. Ce coussin se compose, en premier lieu, d'une enveloppe 1 d'épaisseur constante sur toute sa surface. Cette enveloppe, d'une épaisseur inférieure à 3 mm, est en latex qui constitue un matériau étanche à l'air pouvant soutenir des pressions de 2 bars, et dont l'allongement à la rupture est supérieur à 100 S. Cette enveloppe est dotée d'un orifice 2 obturé par une valve bidirectionnelle 3. En l'exemple, cette valve 3 est du type comportant un gicleur 4 maintenu en position de fermeture au moyen d'un ressort 5. Le matériau de remplissage 6 est constitué de polyéthers haute résilience obtenus classiquement à partir d'un mélange de polyols, d'isocyanates, de catalyseurs, d'eau, d'agents gonflants et d'additifs. Le choix de polyéthers haute résilience dans la famille des mousses de polyuréthanne n'est pas exclusif en soi. Toutefois, ce matériau présente l'avantage de posséder une grande quantité de cellules ouvertes (70 à 80 %), une faible rémanence, et une grande résilience. De plus, ce type de mousse se fabrique dans des moules non préchauffés. Par ailleurs, les polyéthers haute résilience ont une faible hystérésis, ce qui permet un retour rapide vers leur position d'origine. La quantité de matériau de remplissage est adaptée de façon que la résistance à la compression de la mousse comprimée à 40 S soit comprise entre 45 gr/cm2 et 850 gr/cm2, et que sa densité soit comprise entre 15 kg/m3 et 300 kg/m3. Le choix des valeurs effectives à l'intérieur de ces fourchettes est fonction des contraintes devant être t r e imposées au produit fini. Le procédé de fabrication d'un tel coussin est illustré aux figures 1 à 5. Dans un premier temps, un outil 7 tel que représenté à la figure 1 est plongé dans un bac 8 rempli de latex naturel. Cet outil 7 présente un corps 7a de forme conjuguée de celle du coussin dans son état épanoui, sur une face latérale duquel fait saillie un tube plein 7b de forme cylindrique. Bien que le corps 7a de l'outil 7 représenté à la figure 1 présente une forme semi-cylindrique, il est évident que cet outil peut présenter des formes diverses au choix de l'utilisateur. Lors de cette opération de trempage (figure 2), le latex vient se déposer sur le corps 7a et le tube 7b de l'outil 7. Ce dépôt ainsi obtenu permet de réaliser après vulcanisation (figure 3), une enveloppe 1 élastique que l'on peut dégager de l'outil 7 par le jeu de son élasticité propre. Cette enveloppe 1 est ensuite disposée à l'intérieur d'un conformateur 9. Le mélange de polyols, isocyanates, catalyseurs, eau, agents gonflants et additifs, préparé dans un dispositif de mélange et d'injection schématisé en 10 à la figure 4, est alors acheminé vers le conformateur 9 par l'intermédiaire d'une tête d'injection 11. L'introduction de ce mélange dans l'enveloppe 1 est réalisée au moyen d'une canule 12 de diamètre inférieur à l'orifice 2 de cette enveloppe. Rinsi, l'injection du mélange n' est pas réalisée sous pression. Lors de la polymérisation de ce mélange, le conformateur 9 permet de contrôler l'expansion de l'enveloppe 1 sous la poussée (1 kg/cm2) de la mousse de polyuréthanne qui vient se lier intimement à l'enveloppe 1. En outre, il est à noter que la nature de l'enveloppe 1 est compatible avec le mélange introduit. En effet, elle accepte l'opération de polymérisation et d'expansion de la mousse de polyuréthanne. De plus, cette réaction, bien qu'exothermique, n'induit pas de déformation permanente de l'enveloppe. La dernière opération consiste, alors, à mettre en place la valve bidirectionnelle 3 pour obtenir un coussin tel que représenté aux figures 6 et 7. L'utilisation de ce coussin est ensuite très aisée puisqu'il suffit de repousser le gicleur 4 de la valve pour modifier sa forme et sa dureté, à partir de son état épanoui. Une action sur ce gicleur accompagnée d'une pression exercée sur le coussin entraînera sa déformation jusqu'à la forme désirée (figure 8a), dans laquelle il épouse parfaitement les formes du corps de l'utilisateur. Une fois cette forme obtenue, et le gicleur 4 revenu dans sa position de fermeture, le coussin restera contraint dans cet état sous l'action de la pression atmosphérique (figure 8b). Au contraire, l'actionnement du gicleur 4, sans pression sur le coussin, entraîne un retour rapide de ce coussin vers son état épanoui, sous l'effet conjugué de la résilience de l'enveloppe 1 et de la mousse (figure 8c). Lors de ces changements d'état, le débit d'air varie dans une fourchette de 5 1/mon à 100 1/mon en fonction des pressions exercées. Ce coussin peut ainsi être utilisé comme élément de confort dans des domaines très variés tels que l'automobile, le travail de bureau, l'aviation, le fonctionnel médical, l'ameublement, la literie... Son utilisation peut en outre être étendue à l'ensemble des éléments de confort en vue de les rendre modulables : cale-reins, hauteur d'assise, hauteurs d'oreillers ou de traversins... REVENDICATIONS 1/ - Procédé pour la fabrication d'un objet creux de forme et de dureté réglables, caractérisé en ce qu il consiste - à réaliser une enveloppe (1) étanche en un matériau souple, dotée d'un orifice (2), - à remplir ladite enveloppe d'un mélange polymérisable et à laisser polymériser ledit mélange de façon à obtenir un matériau cellulaire (6) compressible, - et à obturer l'orifice de l'enveloppe (1) au moyen d'une valve (3) bidirectionnelle. 2/ - Procédé selon la revendication 1 pour la fabrication d'un objet creux, en particulier un coussin, de volume variable entre un état de volume maximum, dit état épanoui, et un état de volume réduit, caractérisé en ce que l'on réalise l'enveloppe (1) d'un seul tenant, en un matériau élastique, de façon que ladite enveloppe présente dans son état de repos, avant remplissage, une surface correspondant sensiblement à l'état épanoui de l'objet creux. 3/ - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on réalise l'enveloppe (1) en trempant un outil (7) de forme conjuguée de celle de l'objet creux dans son état épanoui, dans un bac (8) contenant du latex, puis en vulcanisant l'enveloppe ainsi obtenue. 4/ - Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'on utilise un mélange polymérisable expansible et en ce que l'on dispose l'enveloppe (1) dans un conformeteur (9), en vue de son remplissage, de façon à limiter son expansion sous la poussée de la réaction de polymérisation. 5/ - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on utilise un mélange à base de polyols et d'isocyanates adapté pour donner, après polymérisation, un polyéther haute résilience. 6/ - Coussin susceptible d'être réalisé à partir du procédé conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une enveloppe (1) étanche en un matériau souple, dotée d'un orifice (2), une valve bidirectionnelle (3) obturant ledit orifice, et un matériau compressible (6) de remplissage. 7/ - Coussin selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'enveloppe (1) est d'un seul tenant et réalisée en un matériau élastique, notamment à base de latex. 8/ - Coussin selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le matériau de remplissage (6) est une mousse de polyuréthanne, notamment polyéther haute résilience.