Brevet FR2801831A1 — publié le 20010608

Procedé de réalisation d'un coussin de siège ou similaire pour un véhicule automobile La présente invention concerne la fabrication coussins en mousse de polyuréthanne revêtus d'une coiffe d'habillage, notamment pour des sièges de véhicule automobile, mais pouvant aussi servir pour d'autres éléments intérieurs d'automobile, par exemple appuis tête, accoudoirs, planches de bord, panneaux de portes, pavillons, etc. Deux techniques principales sont utilisées pour la réalisation de tels coussins. Selon une première technique, on réalise la matelassure en mousse par expansion de la mousse dans un moule conformé selon la forme du coussin. à obtenir. Puis on assemble la coiffe d'habillage sur la matelassure par collage ou par accrochage mécanique dans le cas méthodes de garnissage dites traditionnelles. Selon la deuxième technique, encore appelée " réalisation in situ ", on utilise un moule conformé a la forme du coussin à obtenir, dans lequel on place la coi préparée, face d'utilisation contre la surface du moule. La coiffe peut être maintenue en place dans le moule par différents moyens, notamment par aspiration à travers la surface du moule. Puis la mousse de polyuréthanne est coulée, sur l'envers de -a coiffe, dans le moule où elle s'expanse, de manière connue en soi, après avoir refermé le moule, et en prenant la forme de celui-ci. Couramment, la coiffe est constituée d'un textile complexé, c'est à dire ayant, sur sa face située du côté interne du coussin, une sous-couche constituée d'un revêtement plus ou moins mince généralement alvéolaire, qui peut favoriser l'adhérence avec la mousse par pénétration de celle-ci dans la sous-couche de la coiffe. Toutefois, dans ce cas, la mousse polyuréthanne peut avoir tendance à traverser le matériau de la coiffe, ce qui n'est bien sûr pas acceptable, pour des raisons évidentes d'esthétique et de confort. Pour éviter ce problème, il est connu d'utiliser pour la coiffe un matériau complexe intégrant soit un '1m étanche protégeant le tissu ou le revêtement d'aspect, soit une couche de matériau souple alvéolaire suffisamment épaisse pour éviter que la mousse polyuréthanne de matelassure ne traverse entièrement la coiffe, ce dernier procédé étant connu sous le nom de " procédé in situ perméable ". Dans le cas de la seule utilisation une couche alvéolaire, cette couche doit être suffisamment épaisse, par exemple de l'ordre de 4 à 7 mm, dense et dont la perméabilité à l'air est la plus faible possible. Mais cette perméabilité à l'air est difficile à assurer de manière satisfaisante et reproductible. De plus, les pièces obtenues présentent des surdens_fications de la mousse, est à dire des zones de mousse plus compactes, sous la coiffe textile et des pénétrations de la mousse dans la sous-couche alvéolaire, au détriment du confort et de sensation au toucher. Ces phénomènes de surdensification et de pénétration sont aussi la conséquence de la dépression appliquée à travers la paroi du moule répercutée au travers de la coiffe, qui crée des déperditions thermiques et un effet d'aspira#iion de 'a mousse polyuréthanne dans l'épaisseur du matériau de -a coiffe. Dans le cas de l'utilisation d'un film é`arche, le confort hygrothermique du coussin qui en résulte est très mauvais, du fait même de l'étanchéité à l'air et à la vapeur eau de la surface du coussin. Il a déjà été proposé de remédier à ce problème en rendant les films utilisés perméables à la vapeur et à l'air après le moulage, soit par des moyens mécaniques tels que des aiguilles perforant le film, soit par une destruction au moins partielle du film pendant ou après le moussage du polyuréthanne, par exemple par la chaleur. Un inconvénient notable est que la destruction du film est difficilement contrôlable, la synchronisation entre la réaction de polymérisation du polyuréthanne et l'effet de destruction du film étant particulièrement délicate soit la destruction du film intervient trop tôt pendant le moussage et il y a alors risque de pénétration du polyuréthanne dans la coiffe, soit au contraire la destruction du film n'intervient qu'à l'issue du moulage, et alors l'adhérence entre mousse et coiffe est susceptible d'être fortement dégradée. De plus, les températures nécessaires, relativement élevées, par exemple plus de 120 C pour agir sur des films fusibles, ne conviennent pas à tous les textiles et risquent de les dégrader. I1 a également été proposé, par le document DE-A-3 728 923, de réaliser sur l'envers de la coiffe, préalablement positionnée dans le moule, une couche destinée à assurer l'étanchéité pendant l'expansion subséquente de la mousse polyuréthanne. Après polymérisation et durcissement de la mousse, et extraction du coussin hors du moule, la couche d'étanchéité déposée sur l'envers de la coiffe est rendue perméable à l'air par de la chaleur ou de la vapeur d'eau qui ont un effet de destruction de la dite couche. La couche étanche est réalisée par pulvérisation sur l'envers de la coiffe soit d'un produit constitué ou comprenant du sucre, de la gélatine, de l'amidon ou de la gélatine modifiée, soit d'un produit contenant des fonctions vinyles, par exemple de l'alcool polyvinylique, associé à des sels d'acide acétique ou borique. Dans les deux cas, il s'agit d'une pulvérisation d'un produit liquide, qui est ensuite séché, par exemple par chauffage à 60 C dans le cas de la gélatine, pour obtenir un film solide étanche adhérent à l'envers de la coiffe. L'étanchéité de ce film doit être assurée jusqu'à la fin de l'expansion du polyuréthanne dans le moule, puis elle est dégradée par la chaleur ou la vapeur à l'issue de 'La polymérisation pour obtenir perméabilité finale recherchée. Une adhérence est obtenue entre le film déposé et la mousse de polyuréthanne grâce à la réaction entre la matière du dit film et isocyanate contenu dans le polyuréthanne. Un inconvénient de ce procédé est que le film obtenu, avec une épaisseur telle 'indiquée de 50 à 400 micromètres, est assez peu flexible et cassant. Le procédé nécessite donc d'être réalisé après que la coiffe soit placée et maintenue dans moule. Par ailleurs, après le traitement à la chaleur ou à la vapeur, l'adhérence entre 1a mousse polyuréthanne et la coiffe risque d'être dégradée, du fait l'étanchéité du film lors de l'expansion de la mousse empêche la liaison de la mousse avec la coiffe, et que la destruction ultérieure du film, au moins partielle, tend à supprimer les liens existant entre celui-ci et la coiffe. La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients, et vise à proposer un procédé de fabrication d'un coussin, ou toute autre pièce similaire, comportant une matelassure en mousse de polyuréthanne, qui assure une parfaite adhérence entre la mousse et la coiffe, un très bon confort hygrothermique par une perméabilité assurée à la vapeur d'eau. L'invention vise aussi à proposer un procédé de mise en oeuvre simplifiée, sans nécessiter de traitement particulier après le moulage. Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un procédé de réalisation d'un coussin en mousse de polyuréthanne recouvert d'une coiffe, selon lequel on place la coiffe dans un moule conformé à la forme du coussin à obtenir, la coiffe ayant une face endroit formant la couche d'aspect extérieure qui est placée contre la paroi interne du moule et une face envers, située vers l'intérieur du moule, puis on coule cars --e moule le polyuréthanne qui forme la dite mousse en s'expensant, caractérisé en ce que, avant la coulée de polyuréthanne, on dispose sur la face envers rugueuse de la coiffe un film en matière thermoplastique contenant des agents réactifs avec l'isocyanate, initialement perméable à la vapeur d'eau, le dit film ayant une capacité de plastification, sous l'effet des réactions chimiques intervenant entre le matériau du film et l'isocyanate contenu dans le polyuréthanne, une épaisseur prédéterminée suffisamment faible, telles que la mousse polyuréthanne puisse, lors de son expansion et sous l'effet de la pression générée par dite expansion, traverser le dit film et s'ancrer sur la face envers de la coiffe. Le procédé selon l'invention repose sur l'utilisation d'un film thermoplastique, mis en contact avec la coiffe avant coulée, injection ou pulvérisation de polyuréthanne, qui a des propriétés intrinsèques de perméabilité à la vapeur d'eau, mais qu' présente cependant une étanchéité à l'air et aux iquides suffisante pour éviter qu'il soit traversé directement par polyuréthanne dés le début de la coulée, ce qui évite donc tout contact direct du polyuréthanne avec la coiffe. utilisera préférentiellement un -film à base de polysaccharides ou de protéines animales associés à un agent plastifiant choisi parmi caprolactone acide polylactique, cellophane, papier, polyéthylène, isocyanate. Les polysaccharides et protéines contenu en forte proportion dans la composition du film, par exemple de 50 ' 90%, présentent l'avantage d'être réactifs a@,.-ec l'isocyanate contenu dans les formules de polyuréthanne, du fait des fonctions hydroxyles présentent dans la matière du film. I1 en résulte une bonne capacité de mouillage du film par le polyuréthanne et donc une bonne adhérence entre le film et la mousse polyuréthanne. Par ailleurs, du fait - de la perméabilité du film, - des phénomènes physico-chimiques intervenant entre la mousse de polyuréthanne en formation et film, en particulier l'apport thermique lors du moussage, lequel est dû à l'exothermie de la réaction entre isocyanate et polyol conduisant à la formation de la mousse, le dit apport thermique, combiné avec la réaction du polyuréthanne avec la matière du film, provoquant un ramollissement du film lorsque la mousse est en phase finale d'expansion, - de la pression exercée par la dite mousse en expansion, et enfin - de la faible épaisseur du film, la mousse polyuréthanne arrive en fin d'expansion à imprégner et traverser le film pour venir adhérer sur la face envers de la coiffe, mais ceci à un moment 1 , tout en ayant encore un pouvoir collant, elle a atteint une viscosité relativement élevée, propre à limiter le mouillage de la coiffe. La traversée du film par le polyuréthanne en fin de moulage peut s'expliquer, selon une hypothèse formulée par les inventeurs, par le fait que le film est pressé par l'expansion de la mousse, contre la face envers de la coiffe, cette face présentant un aspect rugueux, du fait de l'utilisation d'une sous couche en matériau alvéolaire, ou en matériau présentant, à une échelle macroscopique, une rugosité sensible, tel que textile nu, enduit ou assemblé avec une sous-couche à base de fibres non tissées ou agglomérées. De ce fait, combiné avec le ramollissement du film dû à sa plastification mentionnée préalablement, le matériau du film flue dans les alvéoles ou creux de la face envers de la coiffe, jusqu'à se fragmenter ou se rompre ponctuellement, autorisant ainsi la progression de la mousse polyuréthanne jusque dans la couche superficielle de l'envers de la coiffe, et son adhérence avec celle-ci. avantages du procédé sont notamment la possibilité d'obtenir une pression plus importante lors du moussage, par rapport à celle obtenue avec procédés de type " in situ perméable ", grâce à l'effet de barrière du film, - l'adhérence directe entre la coiffe et la mousse, ne nécessitant pas d'utiliser un film adhésif, - l'absence de tout agent extérieur ou additif, du fait que la mousse pénètre dans le film sous l'effet direct de la pression qu'elle génère. L'épaisseur du film est typiquement de l'ordre de 10 à 50 microns. Son point de fusion est compris entre 60 et 150 C. Sa perméabilité à l'air est inférieure à 1 litre/m-/s sous une différence de pression de 100 Pa, ce qui très inférieur à la perméabilité à l'air des matériaux complexes utilisés classiquement pour les coiffes mises en #uvre dans le procédé dit " in situ perméable ", qui est de l'ordre de 40 à 200 litres/m-/s. Sa perméabilité à la vapeur d'eau, est très supérieure à celle d' film étanche et au moins égale à celle d'un matériau complexe de coiffe. A titre comparatif, les quantités d'eau échangées, dans les mêmes conditions de mesure, selon la méthode expliquée ci-dessous, après respectivement 1 et 2 heures, sont respectivement de: 0, et 0,6 grammes pour un film de type étanche classique, 1 à 2 et 2 à 3 pour une coiffe classique et 1,5 à 3 et 3 à 6 pour un film à base d'amidon utilisé conformément à l'invention. La méthode de mesure du confort hygrothermique consiste à utiliser un outil de mesure appelé module fermé imper-respirant, qui est constitué d' côté d'une membrane, dite imper-respirante, en matériau imperméable à l'eau mais perméable à la vapeur d'eau, exemple une membrane en PTFE micro-poreux, et de l'autre côté une feuille en matériau totalement étanche à l'eau et la vapeur d'eau, par exemple en polyéthylène. La membrane et feuille sont assemblées par collage ou soudage, par exemple par pression à chaud, pour former une enveloppe étanche. Deux petits tuyaux sont utilisés pour alimenter module en eau. Pour effectuer la mesure, à une température et une hygrométrie prédéterminée, a injecté dans un tel module imper-respirant 30 g eau. Après 30 minutes, on pèse le module et on le dispose sur la surface du matériau à tester. On relève ensuite toutes les 30 mn la masse du module. Par différence des masses mesurées, on connaît la quantité de vapeur d'eau absorbée par le matériau. On Peut ainsi obtenir une courbe d'absorption de vapeur d'eau du matériau testé en fonction du temps, représentative du confort hygrothermique du matériau. Par ailleurs, la réactivité, mentionnée ci-dessus, film avec l'isocyanate se caractérise par un temps de dissolution de moins de 10 minutes à une température comprise entre 20 et 60 C pour un échantillon film trempé dans de l'isocyanate pur de type MDI ( di isocyanate de diphényl-méthane) ou TDI (di-isocyanate de toluylène). On notera que la solubilité du film dans isocyanate se combine avec la chaleur fournie par la réaction de polymérisation du polyuréthanne pour faciliter la plastification du film préalablement mentionnée. Le film utilisé permet également de limiter la surdensification de la mousse qui peut être couramment constatée sous la surface de la coiffe dans les procédés selon l'art antérieur. La mise en oeuvre du procédé selon l'invention permet aussi de réduire les épaisseurs et les coûts des complexes textiles utilisés pour les coiffes, autorise utilisation de complexes plus perméables à l'air, ou de tissus ou enduits. Il autorise aussi l'emploi de formules polyuréthannes moins réactives et plus fluides que formules classiquement utilisées dans les procédés de type " in situ perméable " mentionnés début de ce mémoire. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va suivre d'un procédé conforme l'invention. On se reportera aux dessins annexés dans lesquels - les figures 1 et 2 illustrent schématiquement étapes du procédé, - la figure 3 montre en coupe un coussin obtenu, - la figure 4 montre en coupe une variante coussin obtenu, - la figure 5 est un graphique illustrant l'évolution de la pression dans le moule en fonction temps lors du moulage, - la figure 6 est une illustration comparative en coupe de la zone de surface d'un coussin. Sur le dessin de la figure 1, on a représenté schématiquement un moule 2 comportant une empreinte en creux de forme correspondant à celle du coussin 1 obtenir. Dans cette empreinte est disposée la coiffe 3 formée d'un complexe textile de type connu en soi, recouverte par une feuille de film thermoplastique 4. Une aspiration est prévue par des trous 5 du moule, pour plaquer la coiffe contre la surface de l'empreinte, la forte imperméabilité à l'air du film facilitant le maintien dans le moule. La figure 2 illustre l'introduction de polyuréthanne 7 dans le moule par une buse 6, le polyuréthanne étant simplement déposé en quantité adéquate sur le film 4. Puis le moule est fermé par un couvercle, non représenté, de manière connue en soi, pendant que se produit l'expansion de la mousse. La figure 3 montre le coussin obtenu après démoulage, composé de la coiffe textile 3 adhérent sur la mousse polyuréthanne 8, le film thermoplastique situé l'interface étant alors en quelque sorte dissout ou intégré dans la couche de surface de la mousse solidifiée après la dite mousse l'ait imprégnée jusqu'à la traverser et adhérer à la face envers de la 'ffe. Il est re-précisé ici que la liaison de la coiffe avec la mousse polyuréthanne est directe, au travers film, mais sans faire intervenir celui-ci comme couche intermédiaire. I1 est donc sans importance que ce film n'ait en lui-même d'adhérence avec la coiffe. figure 4 illustre une variante de réalisation du coussin, dans laquelle, la face arrière de la matelassure en mousse de polyuréthanne est également revêtue d'un voile renforcement mécanique 9. graphique de la figure 5 montre l'évolution de la pression P dans le moule en fonction du temps dans le cas de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ( tracé ) , dans le cas de la mise en ceuvre d' procédé de type @@ in situ " selon la technique antérieure avec utilisation d'un film étanche (tracé C2), et dans le cas de la mise en ceuvre d'un procédé de type " in situ perméable" (tracé C3). Dans un premier temps, phase A, jusqu'à ti, alors que le film présente ses caractéristiques originelles d'étanchéité à l'air et au polyuréthanne, le polyuréthanne coulé s'expanse et rempli le moule. La réaction d'expansion se poursuivant, la pression croît dans le moule (phase B) jusqu'à un maximum atteint à t_. La mousse exerce alors une pression forte sur 1e film qui, étant simultanément ramolli et réagissant avec l'isocyanate du polyuréthanne injecté, devient perméable et autorise le passage de la mousse, comme cela a été expliqué précédemment. Dans la phase C, après t,, la mousse ayant imprégné le film reste en phase collante pour venir adhérer sur la coiffe, et devient simultanément de plus en plus pâteuse. La pression diminue pendant ce temps du fait de la perméabilité offerte alors par film décomposé ou fragmenté. On constate que l'utilisation du filin selon l'invention, permet d'obtenir une pression de moulage élevée, s'approchant de celle atteinte dans le cas du procédé avec film imperméable illustré par la courbe C,, et beaucoup plus élevée que dans le cas du procédé de type " in situ perméable " traditionnel représenté par la courbe C3, sans cependant créer une imprégnation excessive de polyuréthanne dans la coiffe, et tout en assurant le confort hygrothermique et une meilleure sensation au toucher, un avantage du moulage sous pression élevée étant précisément d'obtenir une mousse de meilleure qualité, plus homogène, et donc d'éviter les surdensifications. Selon un premier exemple de mise en oeuvre du procédé, on utilise un film de 10 à 40 microns d 'épaisseur, à base de polysaccharides, posé sur un complexe constitué d'une couche alvéolaire d'épaisseur comprise entre 1 4 mm. Le polyuréthanne est à base de polyol formulé (polyol + eau + catalyseur + additif stabilisant) et d'isocyanate de type MDI, habituellement utilisé dans les procédés de fabrication de type in situ , présentant une densité libre de 20 à 70 kg/m3, un temps d'expansion compris entre 3 et 90 secondes, et un temps de poise compris entre 6 et 240 secondes. On obtient une pièce présentant une pénétration de mousse dans le complexe de la coiffe inférieure à 0,5 mm et une couche de surdensification, mesurée selon la méthode décrite ci-après, comprise entre 40 et 100%, alors qu'elle atteint 150 à 300% avec les procédés antérieurs. Le confort hygrothermique est similaire à celui de pièces réalisées selon le procédé " in situ perméable ". Des essais de pelage du complexe de la coifffe montrent une tenue équivalente à la technique antérieure, à des températures de 23 C et 100 C. La méthode de mesure de la surdensification consiste à comparer les densités de deux échantillons de mousse seule, prélevés respectivement à proximité de la surface, par exemple dans une couche superficielle de 6 mm d'épaisseur (densité D), et à coeur de la mousse, par exemple dans une couche sous-jacente de mm d'épaisseur (densité d).La valeur de la surdensification est calculée par la formule (D-d)*100/d. A titre comparatif, on a représenté sur la figure 6, en coupe, la zone proche de la surface dans le cas D d'une coiffe formée d'un complexe textile seul 11, dans le cas E d'un coussin, avec une matelassure en mousse 12, obtenu par le procédé in situ perméable , et dans le cas F d'un coussin obtenu selon l'invention. On constate que dans le cas E il existe une zone 13 pénétration de la mousse dans le complexe 11 ayant une certaine épaisseur, alors que dans le cas F, la pénétration n'est pas perceptible. On constate aussi que l'épaisseur de la zone de surdensification 14 dans le cas F est bien moindre que celle 15 dans le cas E. Selon un deuxième exemple, on a utilisé un film de 20 à 50 microns d'épaisseur, posé sur un complexe constitué d'une couche alvéolaire d'épaisseur comprise entre 2 et 5 mm, et une mousse polyuréthanne généralement utilisée pour fabriquer des pièces nues, présentant une densité libre de 25 à 50 kg/m3, un temps d'expansion compris entre 30 et 300 secondes, et un temps de poise compris entre 45 et 500 secondes. On obtient une pièce présentant une pénétration de mousse dans le complexe de la coiffe inférieure à 1,0 mm et une couche de surdensification, déterminée selon la méthode prémentionnée, comprise entre 50 et 300%, alors que comparativement la pénétration est totale dans le cas où le complexe textile de la coiffe est utilisé seul. Les résultats en termes de confort hygrothermique et pelage sont équivalents à ceux indiqués ci-dessus. L'invention s'applique à tout procédé de réalisation d'une matelassure en mousse de polyuréthanne, par moussage, injection, ou pulvérisation, dont la température reste inférieure à 120 pendant l'élaboration du produit, et dont la température de réaction du mélange est comprise entre 23 C et 150 C. L'invention n'est pas limitée à la réalisation de coussin de sièges, et peut en particulier s'appliquer à tout élément de garnissage ou rembourrage de -"habitacle de la voiture. La mousse polyuréthanne peut alors être également de type semi-rigide, ou élastomérique. Le procédé peut également être utilisé pour assurer l'adhérence de la mousse polyuréthanne avec des complexes ou autres matériaux de renforcement, même non étanches tels des non-tissés, utilisés par exemple sur la face arrière ou inférieure des matelassures, c'est à dire la face non visible en usage courant, pour accroître la résistance mécanique en surface de la mousse. La limitation de la pénétration de la mousse dans ces matériaux permet une réduction des quantités de polyuréthanne utilisées dans les matelassures, et donc une réduction de la densité de celles-ci. Egalement, au lieu de poser le film sur l'envers de la coiffe dans le moule comme indiqué préalablement, on peut prévoir d'utiliser un film pré-lié avec le complexe de la coiffe, notamment avant découpe et assemblage, Dar exemple par couture, des éléments constitutifs de la coiffe. On peut par exemple assembler le film conforme à l'invention sur le complexe en défilement continu, par contrecollage au moyen d'un adhésif thermoplastique, ou par flammage, procédé selon lequel on effectue fusion partielle de la couche de surface envers du polyuréthanne du complexe, puis on applique le film thermoplastique sur cette surface rendue collante par la fusion. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'un coussin (1) en mousse de polyuréthanne (8) recouvert d'une coiffe (3), selon lequel on place la coiffe dans un moule (2) conformé à la forme du coussin à obtenir, la coiffe ayant une face endroit formant la couche d'aspect extérieure qui est placée contre la paroi interne du moule et une face envers, située vers l'intérieur du moue, nuis coule dans le moule le polyuréthanne qui forme la d--'-e mousse en s'expansant, caractérisé en ce que, avant injection de polyuréthanne, on dispose sur la face envers rugueuse de la coiffe un film en matière thermoplastique contenant des agents réactifs avec isocyanate, initialement perméable à la vapeur d' , le dit film ayant une capacité de plastification, sous l'effet des réactions chimiques intervenant entre le matériau du film et l'isocyanate contenu dans polyuréthanne, et une épaisseur prédéterminée suffisamment faible, telles que la mousse polyuréthanne puisse, lors de son expansion et sous l'effet de pression générée par la dite expansion, traverser le dit film et s'ancrer sur la face envers de la coiffe. 2. Procédé selon la revendication î, caractérisé en ce que le film est un film à base de polysaccharides ou de protéines animales associés à un agent plastifiant choisi parmi caprolactone, acide polylactique, cellophane, papier, polyéthylène, isocyanate. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la proportion d'amidon, polysaccharides protéines dans le film est de 50 à 90%. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé ce que le film a une épaisseur de 10 à 50 microns. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le film a un point de fusion compris entre 60 et 150 C, et un temps de dissolution dans isocyanate inférieur à 10 minutes, à une température comprise entre 20 60 C. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce le film a une perméabilité à l'air inférieure à 1 litre/m'/s sous une différence de pression de Pa. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le film est lié à la surface envers la coiffe par assemblage avec le complexe constitutif de la coiffe avant découpe et assemblage des éléments constitutifs de la coiffe.