Brevet FR2797467A1 — publié le 20010216

La présente invention concerne un volume d'échappement, du type comportant une enveloppe dont au moins une paroi est réalisée en matériau comprenant un polymère,. Elle concerne en outre plusieurs procédés de fabrication d'un tel vo- lume d'échappement. Il a déjà été envisagé de fabriquer certains volumes d'échappement d'une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne à partir de matériaux polymères. En particulier, on connaît déjà des enveloppes de si- lencieux d'échappements réalisés en matériau composite, tels que des po- lymères renforcés par des fibres. L'utilisation de tels volumes d'échappement est particulièrement adaptée dans une automobile puisque ceux-ci sont très légers. De plus, les matériaux utilisés pour la fabrication étant faciles de mise en forme, les vo- lumes d'échappement peuvent présenter extérieurement des formes com- plexes. Toutefois, I'utilisation de matériaux polymères ne réduit que faible- ment les émissions sonores dues à la circulation pulsée des gaz dans la li- gne d'échappement. Ainsi, I'invention a pour but de proposer un volume d'échappement permettant une isolation sonore améliorée de la ligne d'échappement, et dont la fabrication soit simple. A cet effet, I'invention a pour objet un volume d'échappement du type précité, caractérisé en ce que la ou chaque paroi comporte, au moins en une région repérée de ladite paroi, deux couches de matériau comprenant un polymère et, une barrière séparatrice interposée entre les deux couches la- quelle barrière est dépourvue de liaison physique ou chimique avec les deux couches. Suivant des modes particuliers de réalisation, le volume d'échappe- ment comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - les deux couches en matériau comprenant un polymère comportent chacune un polymère choisi dans le groupe consistant en un polymère thermoplastique, un polymère thermodurcissable et un polymère photoréti- culable; - au moins l'une des deux couches en matériau comprenant un poly- mère comporte des éléments de renfort enrobés dans le polymère; - ladite barrière comporte un film d'un matériau incompatible avec les deux couches en matériau comprenant un polymère; - ladite barrière comporte une lame gazeuse maintenue dans un es- pace clos délimité par les deux couches en matériau comprenant un poly- mère; et - le volume comporte des moyens de liaison de la ou chaque paroi en matériau comprenant un polymère assurant la cohésion du volume d'échap- pement, lesquels moyens de liaison sont appliqués à la périphérie de la ou chaque paroi en au moins une plage de liaison, et la ou chaque plage de liaison est dépourvue de barrière, les deux couches étant réunies par des liaisons physiques ou chimiques dans la ou chaque plage de liaison. L'invention a en outre pour objet un procédé de fabrication d'un vo- lume d'échappement tel que défini ci-dessus, comportant les étapes de: A former à chaud dans un moule, une paroi en matériau comprenant un polymère; et B - après refroidissement, mettre en place la paroi en matériau com- prenant un polymère dans ledit volume d'échappement, caractérisé en ce que la formation de ladite paroi en matériau comprenant un polymère comporte les étapes de: a - disposer initialement dans un moule un film formant barrière; et b - injecter de part et d'autre du film formant barrière un matériau comprenant un polymère thermoplastique. En variante, la formation de la paroi en matériau comprenant un po- lymère comporte l'une ou l'autre des successions d'étapes suivantes: a - superposer entre les deux formes d'un moule une première cou- che de matériau comprenant un polymère thermodurcissable, un film for- mant barrière et une seconde couche d'un matériau comportant un polymère thermodurcissable; b - chauffer; et c - appliquer une compression ou a introduire dans un moule un matériau comprenant un polymère pour la fabrication des deux couches de ladite paroi; et b - alors que les matériaux comprenant des polymères sont chauds, injecter, dans le moule, un gaz de séparation non miscible avec les maté- riaux comprenant des polymères pour assurer la création d'une poche entre les deux couches; ou a - introduire un agent porogène dans le matériau comprenant un po- lymère destiné à former les deux couches; et b - mettre en place dans le moule le matériau comprenant un poly- mère et ledit agent porogène, dans les conditions d'activation dudit agent porogène; ou a - disposer à chaud, dans un moule à volume variable, un matériau comprenant un polymère et des fibres, le matériau étant destiné à former les deux couches; et b - augmenter le volume du moule pour assurer la formation de la lame gazeuse sous l'action de la relaxation des fibres. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux des- sins, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en section d'un volume d'échappement selon l'invention constitué de deux demi-coquilles assemblées renfermant chacune un film séparateur, - la figure 2 est une vue analogue à celle de la figure 1 d'une variante de réalisation o le film séparateur est remplacé par une lame gazeuse. Le volume d'échappement 10 représenté sur la figure 1 comporte deux demicoquilles 12, 14 identiques liées l'une à l'autre par des moyens de liaison 16 tels que de la colle, des rivets, des boulons ou des agrafes. Chaque demi-coquille 12, 14 présente essentiellement la forme d'un demicylindre 18 prolongé latéralement de part et d'autre par deux plages extérieures de liaison 20 constituant des zones d'assemblage. Les zones d'assemblage sont collées l'une sur l'autre pour assurer la solidarisation des deux demi-coquilles. Selon l'invention, chaque demi-coquille comporte, en au moins une région repérée, deux couches en matériau polymère et une barrière sépara- trice interposée entre les deux couches, cette barrière étant dépourvue de liaison physico-chimique avec les deux couches. Ainsi, les demi-coquilles 12 et 14 comportent chacune une couche externe 22 et une couche interne 24 entre lesquelles est interposé un film 26 formant la barrière séparatrice. Avantageusement, la barrière séparatrice s'étend seulement sur l'essentiel de la partie semi-cylindrique 18 de chaque demi-coquille. Ainsi, les plages de liaison 20 sont dépourvues de barrière, les deux couches 22, 24 étant liées physiquement ou chimiquement l'une à l'autre suivant ces plages. L'épaisseur de chaque couche 22 et 24 est comprise entre 0,2 mm et 4 mm et est de préférence comprise entre 0,05 et 1,5 mm. L'épaisseur du film 26 est comprise entre 0,05 mm et 1 mm. Elle est avantageusement comprise entre 0,1 et 0,5 mm. Suivant un premier mode de réalisation, les couches 22 et 24 sont réalisées dans un même matériau thermoplastique. Celui-ci est de préfé- rence choisi dans l'une des familles de matériaux thermoplastiques parmi le polyéthylène, le polypropylène, le polyamide, les polysulfones, les polyether- sulfones, le polyphénilène sulfure (PPS), le polyéther-cétone (PEEK), les polymères à cristaux liquides, le polytétrafluoroéthylène (PTFE), les poly- imides, ainsi que les composés hybrides à base de mélanges des produits précités. En variante, les couches 22 et 24 sont réalisées en matériaux ther- modurcissables et/ou photo-réticulables, notamment réticulables sous l'ac- tion des ultraviolets. Ces matériaux sont de préférence l'un des types de ré- sine suivants: polyester insaturé, époxy, vinyl-ester, phénolique, isophtali- que, polyuréthanne, ainsi que les composés hybrides à base de mélanges des résines précitées. Quelle que soit la nature du matériau polymère utilisé pour les cou- ches 22 et 24, celles-ci peuvent comporter des éléments de renfort noyés dans le matériau polymère. Ces éléments de renfort comportent par exem- ple des fibres courtes ou longues de verre ou de carbone. Elles peuvent également comporter un tissu ou un treillis de verre, de carbone ou d'acier inoxydable. Le matériau polymère peut également être mis en oeuvre seul sans éléments de renfort. Le film barrière intermédiaire est constitué d'un matériau incompatible avec le matériau polymère utilisé pour réaliser les couches 22 et 24. En par- ticulier, le matériau est choisi de sorte qu'aucune, ou pratiquement aucune liaison chimique ou physique ne s'établisse aux interfaces entre le film bar- rière 26 et l'une ou l'autre des couches 22 et 24. Ce film barrière est formé par exemple en polyvinyl acrilate (PVA), Halar , Téflon ou d'une feuille aluminium. Dans la variante de réalisation représentée sur la figure 2, le film 26 constituant la barrière séparatrice est remplacé par une lame gazeuse 40 maintenue dans un espace clos 42 formant poche délimité entre les couches 22 et 24. Cette lame gazeuse 40 est obtenue soit par injection de gaz lors du moulage de la demi-coquille, soit par réaction d'un agent d'expansion ou porogène lors du moulage. Le procédé de fabrication sera décrit dans la suite de la description. La lame gazeuse 40 est limitée en dehors des régions de liaison de la demi-coquille. On constate, en utilisant un volume d'échappement délimité par une enveloppe réalisée à partir d'une feuille polymère telle que décrite précé- demment, que les émissions acoustiques, lors d'une excitation vibratoire de la structure sont réduites. Le tableau 1 qui suit montre les niveaux d'émission obtenus lors d'une excitation vibratoire et lors d'une excitation acoustique, d'une part d'une structure de polymère monocouche telle que connue dans l'état de la tech- nique et, d'autre part, d'une structure de polymère à deux couches séparées par une barrière mécaniquement indépendante. La structure simple de référence est constituée d'une paroi de 2 mm d'épaisseur réalisée en résine époxy renforcée de fibres de verre. La paroi selon l'invention comporte deux couches de résine époxy d'une épaisseur de 1 mm séparées par un film en Halar d'une épaisseur de 0,1 mm. L'excitation vibratoire est appliquée avec une gamme de fréquence de 50010 000 Hz. TABLEAU 1 Niveau d'émission sous Niveau d'émission sous Excitation vibratoire excitation acoustique Structure simple 97.1 dB 73.3 dB Structure à couches non liées 93.6 dB 73.7 dB GAIN -3.5 dB Non significatif Les résultats expérimentaux figurant dans le tableau 1 montrent une diminution significative des émissions sonores lors de l'application d'une ex- citation vibratoire sur un silencieux ayant une structure selon l'invention. Les procédés de fabrication des volumes d'échappement réalisés à partir de feuilles ou parois de polymère selon l'invention comportant deux couches séparées par une barrière physiquement ou chimiquement indé- pendante vont maintenant être décrits. Quelque soit le mode de réalisation du volume d'échappement selon l'invention, celui-ci est réalisé en deux phases successives. Lors d'une pre- mière phase, une ou plusieurs parois en matériaux polymères comportant deux couches séparées par une barrière intermédiaire indépendante sont fabriquées à chaud dans un moule. Après refroidissement des parois en matériau polymère, celles-ci sont assemblées, dans une seconde phase, pour former le volume d'échappe- ment. Les différents modes de réalisation du silencieux, et les différents procédés de fabrication associés se distinguent par le mode de mise en oeu- vre de la première phase de formage à chaud de la paroi en matériau poly- mère. Pour la fabrication d'un volume d'échappement dont les parois sont constituées par deux couches en matériau polymère séparées d'un film d'un matériau incompatible, les parois polymères peuvent être réalisées suivant deux procédés distincts. Suivant un premier procédé, un film formant barrière est placé dans un moule à l'intérieur duquel il est maintenu en position médiane par des inserts. Il est ainsi à l'écart des faces en regard du moule. Après fermeture du moule, alors que le film est dans sa position médiane, un matériau poly- mère thermoplastique est injecté de part et d'autre du film formant barrière. Après refroidissement, la paroi ainsi obtenue est démoulée. Le film formant barrière est ainsi enrobé entre les deux couches de matériau ther- moplastique injecté. Du fait des natures incompatibles du matériau consti- tuant le film formant barrière et du matériau plastique injecté, ceux-ci sont indépendants physiquement et chimiquement. Suivant un second procédé de fabrication, on superpose à l'intérieur d'un moule deux films de polymères thermodurcissables entre lesquels est interposé un film formant barrière réalisé dans un matériau polymère incom- patible avec le ou les matériaux thermodurcissable constituant les couches extrêmes. Les trois couches ainsi superposées sont alors chauffées puis une étape de compression est mise en oeuvre alors que les matériaux thermo- durcissables sont suffisamment ramollis pour épouser la forme de l'em- preinte du moule. Après refroidissement, la paroi obtenue est démoulée. Comme précédemment, les matériaux étant incompatibles, le film formant barrière est mécaniquement et chimiquement indépendant des cou- ches extrêmes à l'intérieur desquelles il est maintenu. Pour la fabrication d'une paroi de volume d'échappement selon l'in- vention, renfermant intérieurement une lame gazeuse, trois procédés dis- tincts peuvent être mis en oeuvre. Selon un premier procédé, on injecte dans un moule un matériau po- lymère de type thermoplastique ou thermodurcissable. Dès que le matériau voit sa viscosité augmenter, dans le cas d'un matériau thermoplastique, ou commence à polymériser, dans le cas d'un matériau thermodurcissable, un gaz non miscible avec le matériau polymère, tel que de l'air, est injecté di- rectement dans le moule par l'intermédiaire d'une ou de plusieurs buses d'injection. Le gaz ainsi injecté se trouve emprisonné à l'intérieur du maté- riau polymère encore fluide. Lors du refroidissement de la paroi, le gaz em- prisonné forme une lame gazeuse maintenue dans une poche étanche déli- mitée de part et d'autre par les deux couches de matériau polymère résul- tant de la séparation formée par la lame gazeuse. Suivant un autre procédé de fabrication, on injecte dans un moule un polymère thermoplastique ou un polymère thermodurcissable auquel a été ajouté, initialement, un agent porogène apte à produire un dégagement ga- zeux sous l'action de la chaleur. Un tel agent porogène est par exemple l'un des trois composés suivants: azodicarbonamide, oxy-bis(benzène- sulfohydrazine), dinitrosopentamethylène-trétamine. Pour obtenir une lame gazeuse, le polymère est d'abord maintenu en compression dans une phase initiale. Pour favoriser la création de la lame gazeuse, les deux formes du moule sont légèrement écartées l'une de l'au- tre, après la phase initiale de maintien en compression. L'agent porogène libère alors un dégagement gazeux qui est maintenu emprisonné entre les couches extrêmes du matériau polymère en cours de formation, du fait du refroidissement progressif. Suivant une dernière variante du procédé de réalisation, on injecte dans un moule un matériau polymère et, avantageusement, un matériau composite thermodurcissable, par exemple à base de résine polyester. Ce matériau est chargé de fibres de verre ou de tout autre type de fibres adap- tées. Après une phase initiale de compression du matériau composite, les deux formes du moules sont écartées légèrement afin de permettre une re- laxation des fibres de verre initialement contraintes entre les deux moules. La relaxation des fibres engendre une expansion naturelle du matériau composite qui crée une lame gazeuse entre les deux couches extrêmes du matériau composite. Après refroidissement total, on obtient une paroi comportant intérieu- rement une lame gazeuse séparant les deux couches extrêmes. REVENDICATIONS 1.- Volume d'échappement (10), du type comportant une enveloppe dont au moins une paroi (12, 14) est réalisée en matériau comprenant un polymère, caractérisé en ce que la ou chaque paroi (12, 14) comporte, au moins en une région repérée de ladite paroi, deux couches (22, 24) de ma- tériau comprenant un polymère et, une barrière séparatrice (26; 40) interpo- sée entre les deux couches (22, 24), laquelle barrière est dépourvue de liai- son physique ou chimique avec les deux couches (22, 24). 2.- Volume d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux couches (22, 24) en matériau comprenant un polymère com- portent chacune un polymère choisi dans le groupe consistant en un poly- mère thermoplastique, un polymère thermodurcissable et un polymère pho- toréticulable. 3.- Volume d'échappement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins l'une des deux couches (22, 24) en matériau comprenant un polymère comporte des éléments de renfort enrobés dans le polymère. 4.- Volume d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite barrière comporte un film (26) d'un maté- riau incompatible avec les deux couches (22, 24) en matériau comprenant un polymère. 5.- Volume d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite barrière comporte une lame gazeuse (40) maintenue dans un espace clos (42) délimité par les deux couches (22, 24) en matériau comprenant un polymère. 6.- Volume d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (16) de liaison de la ou chaque paroi (22, 24) en matériau comprenant un polymère assurant la cohésion du volume d'échappement, lesquels moyens de liaison (16) sont appliqués à la périphérie de la ou chaque paroi (22, 24) en au moins une plage de liaison (20), et en ce que la ou chaque plage de liaison (20) est dé- pourvue de barrière (26; 40), les deux couches (22, 24) étant réunies par des liaisons physiques ou chimiques dans la ou chaque plage de liaison (20). 7.- Procédé de fabrication d'un volume d'échappement selon la re- vendication 4, comportant les étapes de: A - former à chaud dans un moule, une paroi en matériau comprenant un polymère; et B - après refroidissement, mettre en place la paroi en matériau com- prenant un polymère dans ledit volume d'échappement, caractérisé en ce que la formation de ladite paroi en matériau comprenant un polymère comporte les étapes de: a - disposer initialement dans un moule un film formant barrière; et b - injecter de part et d'autre du film formant barrière un matériau comprenant un polymère thermoplastique. 8.- Procédé de fabrication d'un volume d'échappement selon la re- vendication 4, comportant les étapes de: A - former à chaud dans un moule, une paroi en matériau comprenant un polymère; et B - après refroidissement, mettre en place la paroi en matériau com- prenant un polymère dans ledit volume d'échappement, caractérisé en ce que la formation de ladite paroi en matériau comprenant un polymère comporte les étapes de: a - superposer entre les deux formes d'un moule une première cou- che de matériau comprenant un polymère thermodurcissable, un film for- mant barrière et une seconde couche d'un matériau comportant un polymère thermodurcissable; b - chauffer; et c - appliquer une compression. 9.- Procédé de fabrication d'un volume d'échappement selon la re- vendication 5, comportant les étapes de: A - former à chaud dans un moule, une paroi en matériau comprenant un polymère; et B - après refroidissement, mettre en place la paroi en matériau com- prenant un polymère dans ledit volume d'échappement, caractérisé en ce que la formation de ladite paroi en matériau comprenant un polymère comporte les étapes de: a - introduire dans un moule un matériau comprenant un polymère pour la fabrication des deux couches de ladite paroi; et b alors que les matériaux comprenant des polymères sont chauds, injecter, dans le moule, un gaz de séparation non miscible avec les maté- riaux comprenant des polymères pour assurer la création d'une poche entre les deux couches. 10.- Procédé de fabrication d'un volume d'échappement selon la re- vendication 5, comportant les étapes de: A - former à chaud dans un moule, une paroi en matériau comprenant un polymère; et B - après refroidissement, mettre en place la paroi en matériau com- prenant un polymère dans ledit volume d'échappement, caractérisé en ce que la formation de ladite paroi en matériau comprenant un polymère comporte les étapes de: a - introduire un agent porogène dans le matériau comprenant un po- lymère destiné à former les deux couches; et b - mettre en place dans le moule le matériau comprenant un poly- mère et ledit agent porogène, dans les conditions d'activation dudit agent porogéne. 11.- Procédé de fabrication d'un volume d'échappement selon la re- vendication 5, comportant les étapes de: A - former à chaud dans un moule, une paroi en matériau comprenant un polymère; et B - après refroidissement, mettre en place la paroi en matériau com- prenant un polymère dans ledit volume d'échappement, caractérisé en ce que la formation de ladite paroi en matériau comprenant un polymère comporte les étapes de: a - disposer à chaud, dans un moule à volume variable, un matériau comprenant un polymère et des fibres, le matériau étant destiné à former les deux couches; et b - augmenter le volume du moule pour assurer la formation de la lame gazeuse sous l'action de la relaxation des fibres.