Brevet FR2979569A1 — publié le 20130308

Procédé de réalisation d'une couche de mousse, couche de mousse et pièce d'habillage intérieur de véhicule comportant une couche de mousse La présente invention concerne un procédé de réalisation d'une couche de mousse avec une épaisseur inférieure à 8 mm, au moyen d'un processus de moussage réactif. Selon l'état de la technique, il est connu de verser un mélange moussant dans une cavité d'un moule, ledit mélange étant expansé sous l'effet d'une réaction de moussage se produisant dans le mélange, de telle sorte qu'il se forme une couche de mousse remplissant la cavité. L'inconvénient d'un tel procédé selon l'état de la technique réside dans le fait qu'il ne permet pas de réaliser des couches de faible épaisseur ou permet seulement de réaliser de telles couches avec une densité très élevée de la mousse. En particulier en vue d'une diminution du poids pour des pièces d'habillage intérieur de véhicules, il serait cependant souhaitable de réaliser des couches de mousse plus minces avec une faible densité de la mousse En conséquence, le but de l'invention est de concevoir un procédé qui permet la réalisation de couches de mousse minces avec une faible densité de la mousse. Cet objectif est résolu par un procédé, par une couche de mousse et par une pièce d'habillage intérieur de véhicule selon l'invention. Des modes de réalisation avantageux et des perfectionnements avantageux découlent des caractéristiques des sous-revendications. Dans le procédé selon l'invention, on introduit d'abord un mélange réactif dans une cavité étanche aux fluides. Au moment de l'introduction du mélange, ladite cavité a une hauteur inférieure à l'épaisseur de la couche de mousse à réaliser. Le mélange réactif est conçu pour générer, au moyen de réactions chimiques, une matière plastique ou un polymère et un gaz, de manière à former une mousse. Au moment de l'introduction, le mélange n'est pas expansé. De ce fait, le mélange peut se répandre dans la cavité sur tout le volume de celle-ci au moment du remplissage, il en résulte une meilleure progression du flux et un remplissage plus uniforme de la cavité. Après l'introduction du mélange, la cavité est agrandie jusqu'à ce qu'elle ait une hauteur qui correspond à une épaisseur de la couche de mousse à réaliser. L'agrandissement de la cavité commence avant ou pendant l'expansion du mélange. Pour empêcher également pendant l'expansion une fuite de mousse, l'étanchéité peut être réalisée au moyen d'un bord d'immersion. Puis on attend la fin de l'expansion et du durcissement du mélange. Finalement, la couche de mousse finie est retirée de la cavité. Par le fait que le mélange est versé d'abord dans une cavité avec une hauteur réduite (par exemple, inférieure ou égale à 1 mm) (ladite cavité étant agrandie ensuite seulement et, en outre, le mélange étant expansé seulement après le remplissage), il est fait en sorte que le mélange se répartisse encore à l'état liquide dans la cavité, de manière à éviter à faire couler à travers la cavité un mélange déjà moussant à viscosité élevée. Cela permet d'éviter une densification de la mousse réalisée pendant l'écoulement. À titre de précision, il convient de mentionner qu'un mélange réactif désigne ici un mélange conçu pour réaliser une matière plastique constituant la mousse et pour réaliser un gaz nécessaire au processus d'expansion. Tant le gaz que la matière plastique sont obtenus par des réactions chimiques. Le gaz et la matière plastique peuvent être obtenus par les mêmes réactions ou par des réactions différentes. Il est également possible que l'un des composants contenus dans le mélange soit nécessaire tant pour la formation de la matière plastique que pour la formation du gaz, la matière plastique se formant pendant une réaction des composants avec un premier composant supplémentaire, et le gaz se formant pendant une réaction des composants avec un deuxième composant supplémentaire. Selon l'invention, on utilise donc un agent gonflant chimique pour réaliser la mousse. En principe, on pourrait aussi utiliser, en plus, un agent gonflant physique, c'est-à-dire un agent gonflant dans lequel un gaz est généré par une transition d'état physique sans réaction chimique, tant qu'il reste garanti que cela n'entraîne pas une trop forte augmentation de la pression pendant le processus d'expansion. Néanmoins, il est 5 particulièrement préféré d'utiliser exclusivement un agent gonflant chimique (voire plusieurs agents gonflants chimiques). Avantageusement, on réalise une couche de mousse avec une épaisseur de 8 mm au moins, de préférence entre 3 mm et 8 mm. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, 10 l'agrandissement se produit sensiblement en même temps que l'expansion. Cela est possible en particulier lorsque la cavité est élargie ou agrandie sous l'effet d'une pression générée pendant la réaction. Dans une variante du mode de réalisation, la cavité est 15 agrandie par un mouvement commandé par le moule. En particulier dans des modes de réalisation de ce type, l'agrandissement de la cavité commence avant la formation d'une quantité de gaz qui, dans le cas d'une pression normale, correspond à 50 %, de préférence 20 % ou 10 % du volume du mélange (11) avant le 20 début de l'expansion. En outre, l'agrandissement de la cavité commence de préférence avant que se soient écoulés 50 %, 30 % ou 10 % du temps entre l'introduction du mélange réactif et la fin de l'expansion du mélange. De préférence, l'agrandissement de la cavité est complètement terminé avant la fin d'une 25 réticulation de la matière plastique. En particulier dans des modes de réalisation dans lesquels le mouvement pour l'agrandissement de la cavité est commandé par le moule, une dépression peut se produire pendant l'agrandissement. Celle-ci peut favoriser une expansion de la mousse, de telle sorte qu'il 30 se forme une mousse avec une densité volumique particulièrement faible. Indépendamment du fait qu'une pression pendant le moussage entraîne l'agrandissement de la cavité ou que l'agrandissement de la cavité soit commandé par le moule, il 35 est avantageux qu'une pression, générée lors de l'expansion dans la cavité, reste pendant la totalité du procédé inférieure à 10 bars et de préférence inférieure à 5 ou 3 bars. À titre d'exemple, la pression peut monter jusqu'à une valeur entre 2 et 3 bars sous l'effet du gaz. Cela permet d'utiliser un moule qui est étanche à la pression seulement jusqu'aux pressions citées. De ce fait, les coûts des moules pour le procédé selon l'invention sont nettement inférieurs à ceux des moules utilisés dans les procédés de moulage par injection de la mousse, dans lesquels un polymère thermoplastique déjà produit préalablement est introduit sous pression conjointement avec un agent gonflant dans une cavité. Il convient de souligner que, même si la pression peut monter jusqu'aux valeurs susmentionnées pendant le processus d'expansion, la pression peut être nettement inférieure lors de l'introduction du mélange réactif. Elle est égale de préférence à 2 bars maximum et de manière particulièrement préférée à 1,5 ou 1,2 bar maximum. À titre de précision, il convient de noter que les pressions mentionnées dans la présente demande sont toujours des pressions absolues. Une pression de 1 bar correspond donc à la pression atmosphérique habituelle. Dans un autre mode de réalisation particulièrement préféré, l'agrandissement de la cavité commence au plus tard 30 secondes et, de manière particulièrement préférée, au plus tard 20 secondes ou au plus tard 10 secondes après le début de l'introduction du mélange. Cela permet d'utiliser un mélange réagissant relativement vite ; il est garanti malgré tout que le mélange se répartit d'abord uniformément dans la cavité avant que le processus de moussage commence. Grâce au procédé décrit ci-dessus, il est possible de réaliser par exemple des couches de mousse avec une densité volumique inférieure à 200 g/1 et de préférence inférieure à 150 g/l. Pour l'utilisation dans les pièces d'habillage intérieur des véhicules, une densité volumique de la mousse entre 100 et 140 g/1 s'est avérée particulièrement avantageuse. Il est cependant aussi possible de réaliser des couches de mousse avec une densité volumique nettement inférieure 100 g/1, par exemple entre 50 et 60 g/l. Afin de garantir que le mélange se répartit de manière aussi optimale que possible avant l'expansion, la cavité avec sa hauteur réduite est remplie de préférence à au moins 30 %, 50 % ou 80 % avec le mélange. Pour le procédé décrit ci-dessus, des mélanges destinés à former du polyuréthanne se sont avérés particulièrement appropriés. Ceux-ci contiennent par exemple au moins un isocyanate, au moins un polyol et de l'eau. Une réaction entre l'isocyanate et le polyol entraîne la formation du polyuréthanne, tandis que du CO2 est libéré par la réaction entre l'isocyanate et l'eau. Par ailleurs, au cours de cette réaction se forme de la carbamide, qui est intégrée dans les chaînes polymères des polymères d'uréthanne ou est entourée par celles-ci. À partir du rapport entre les quantités d'atomes d'azote contenues dans les groupes carbamide et les quantités d'atomes d'azote contenues dans l'ensemble dans la mousse, il est possible dans les modes de réalisation, dans lesquels la couche de mousse est formée à partir de polyuréthanne, de constater sur le produit fini que celui-ci a été réalisé par un processus de moussage réactif et non par un procédé de moulage par injection, dans lequel est utilisé généralement un agent gonflant physique. De préférence, on n'utilise pas dans le procédé selon l'invention un agent gonflant physique qui génère, par exemple, un gaz par vaporisation lors du chauffage (c'est-à-dire sans une réaction chimique générant le gaz). L'expression agent gonflant physique désigne tout agent gonflant dans lequel une substance, à partir de laquelle est formé le gaz, était présente dans le mélange déjà avant le début de l'expansion. L'expansion est donc obtenue, de préférence, exclusivement par moussage chimique. Par contre, les agents gonflants chimiques désignent tout agent gonflant par lequel une substance, à partir de laquelle est formé le gaz, est constituée seulement pendant le processus d'expansion. Il convient de souligner que dans de nombreux autres mélanges réactifs également, le polymère est formé par une première réaction et le gaz est formé par une seconde réaction, un produit secondaire étant produit lors de la seconde réaction, lequel peut être décelé dans la couche de mousse finie et lequel est intégré de préférence dans les chaînes polymères du polymère. En principe, on peut utiliser pour le procédé tout polymère expansible, tel que les oléfines ou des polymères à base de résine. Le mélange réactif peut être réalisé avec un ou plusieurs composants. Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, on utilise un mélange qui possède pendant l'introduction une viscosité inférieure à 5 000 MPa s, de préférence inférieure à 2 000 MPa s ou inférieure à 1 500 MPa s. Une viscosité si faible permet une répartition particulièrement fiable et uniforme du mélange dans la cavité. En outre, cela permet d'obtenir une répartition en particulier rapide du mélange dans la cavité, moyennant quoi le temps de cycle du procédé est particulièrement faible. Pour éviter des étapes supplémentaires du procédé de réalisation d'une pièce d'habillage intérieur de véhicule, il est avantageux de disposer dans la cavité une couche de décor et/ou un support avant l'introduction du mélange. Il en résulte la réalisation d'une pièce d'habillage intérieur de véhicule, celle-ci comportant une mince couche de mousse, qui est déjà reliée à la couche de décor et au support. Pour la couche de décor, on peut utiliser toute couche de décor connue selon l'état de la technique, telle que le cuir, le cuir véritable et/ou les peaux en plastisols. Une couche de mousse selon l'invention possède une densité inférieure à 200 g/l. L'épaisseur de la couche de mousse est, de préférence, inférieure à 8 mm. Avec le procédé selon l'invention on peut même réaliser de préférence des couches de mousse avec une épaisseur inférieure à 2 mm. Par ailleurs, la couche de mousse comporte une matière plastique qui est formée par une réaction chimique d'un mélange réactif, ledit mélange réactif étant réalisé tant pour générer la matière plastique que pour générer aussi un gaz nécessaire à l'expansion. La matière plastique est formée par une première réaction chimique, tandis que le gaz est formé par une seconde réaction chimique. Au cours de la seconde réaction chimique peut se former un produit secondaire (tel qu'une matière plastique différente de la matière plastique formée lors de la première réaction chimique). Le fait que la mousse a été formée par moussage chimique peut être constaté sur la couche de mousse finie par le fait qu'au moins un produit secondaire des réactions nécessaires pour la production du gaz est contenu dans la matière plastique. Le produit secondaire peut être intégré en particulier dans les chaînes polymères de la matière plastique formée par la première réaction chimique, ou entouré par la matière plastique. Les couches de mousse réalisées par le procédé selon l'invention peuvent avoir une densité volumique particulièrement uniforme, étant donné que la couche de mousse est formée simultanément sur toute la largeur de la cavité. Contrairement à cela, on obtient souvent un gradient de densité dans l'état de la technique, étant donné que la réaction de moussage commence sur un côté de la cavité et la mousse se densifie progressivement pendant l'écoulement à travers la cavité vers l'autre côté. Dans la présente invention, un écart-type de la taille des petites bulles formées dans la mousse sur toute la couche de mousse peut être inférieur à 50 % et de préférence même inférieur à 25 % ou 10 % d'une taille moyenne des petites bulles de la mousse. Dans les modes de réalisation, dans lesquels la couche de mousse est réalisée à partir d'un polyuréthanne, les groupes carbamide peuvent contenir de préférence au moins 1 %, de préférence au moins 3 %, 5 %, 10 % ou 20 % des atomes d'azote présents dans la matière plastique. Dans une couche de mousse avec une telle teneur en carbamide, la quantité de CO2 libérée pendant la fabrication est suffisamment importante, de telle sorte que la couche de mousse peut avoir une faible densité, comme il a été exposé ci-dessus. Outre la couche de mousse, la présente invention concerne aussi une pièce d'habillage intérieur de véhicule, qui comporte une couche de mousse correspondante. Des modes de réalisation de l'invention sont expliqués ci-après de manière plus détaillée à l'appui des figures, sur lesquelles : la figure 1 représente un moule, dans lequel sont agencés une membrane de moulage et un support à un moment du début du procédé, dans un premier mode de réalisation du procédé selon l'invention ; la figure 2 représente le moule avec un support et une couche de décor à un instant ultérieur du procédé selon l'invention ; la figure 3 représente le moule dans lequel est agencée une pièce d'habillage intérieur juste avant le démoulage de la pièce d'habillage ; la figure 4 représente une pièce d'habillage intérieur de véhicule finie. Sur la figure 1 est représenté un moule 1, comportant une première moitié 2 et une deuxième moitié 3. Entre les deux moitiés est formée une cavité 4. Dans la cavité 4 sont disposés une membrane de moulage 5 et un support 6. La première moitié 2 du moule comporte une ouverture 7 qui communique avec la cavité 4 via une ouverture 8 du support 6. La deuxième moitié 3 du moule comporte une partie centrale 9 et deux parties latérales 10, la partie centrale 9 pouvant être déplacée par rapport aux parties latérales 10, moyennant quoi il est possible de faire varier la taille de la cavité 4. En outre, un mélange expansible 11 est contenu dans la cavité 4. Dans un mode de réalisation avantageux du procédé selon l'invention, on dispose d'abord la membrane de moulage 5 sur la moitié 3 inférieure du moule. Ensuite, la première moitié 2 du moule est posée avec le support 6 sur la deuxième moitié 3 du moule comportant la membrane de moulage 5, de telle sorte que la cavité 4 se forme entre les deux moitiés 2, 3. Le mélange expansible 11 est introduit ensuite dans ladite cavité par l'intermédiaire des ouvertures 7 et 8. Le mélange expansible 11 peut être, par exemple, un mélange formé d'au moins un isocyanate, d'au moins un polyol et d'eau. Pendant l'introduction du mélange expansible 11, la cavité 4 présente de préférence une hauteur 12 inférieure à 1 mm. La cavité 4 est remplie à 90 % par le mélange expansible 11. L'agencement de la figure 1 est représenté sur la figure 2 à un moment ultérieur du procédé. La partie centrale 9 de la deuxième moitié 3 du moule a été déplacée par rapport aux parties latérales 10, de telle sorte que la cavité 4 a été agrandie. À titre d'exemple, la hauteur 13 de la cavité 4 après l'agrandissement peut mesurer environ 5 mm. Pour l'agrandissement de la cavité 4, il est possible de prévoir un mécanisme de déplacement approprié dans la deuxième moitié 3 du moule. Comme il est visible sur la figure 2, le mélange expansible 11 n'est pas encore expansé à ce moment. La figure 3 représente l'agencement à partir des deux premières figures après l'expansion du mélange expansible 11. Celui-ci remplit maintenant sensiblement la totalité de la cavité 4. La mousse 14 ainsi formée possède de préférence une densité volumique sensiblement constante sur toute la couche et donc également une taille constante des bulles. Si le matériau expansible utilisé est, comme il est indiqué en corrélation avec la figure 1, un mélange formé d'au moins un isocyanate, d'au moins un polyol et d'eau, la mousse peut être une mousse de polyuréthanne, qui comporte des dérivés de carbamide dans la structure polymère. Cela est obtenu par le fait que le mélange réactif génère sous l'effet d'une première réaction la majeure partie de la matière plastique, à savoir le polyuréthanne, tandis que sous l'effet d'une seconde réaction du mélange, il se forme le gaz, ainsi qu'une autre matière plastique, à savoir la carbamide constituant le produit secondaire. La figure 4 représente la pièce d'habillage intérieur de véhicule 15 finie, après qu'elle ait été retirée hors du moule 1. Il convient de souligner que la mousse 14 n'est pas nécessairement une mousse de polyuréthanne. Il est évident que d'autres mélanges réactifs peuvent aussi être utilisés, lesquels ne forment pas du polyuréthanne, mais une autre matière plastique. Dans de tels mélanges réactifs, outre la matière plastique constituant la majeure partie de la mousse 14, il se forme également, sous l'effet de la réaction destinée à produire un gaz pour l'expansion du mélange expansible 11, une autre matière plastique constituant le produit secondaire, qui peut également être décelé dans la pièce d'habillage intérieur de véhicule 15 finie. Il convient de souligner que seule une variante du procédé est représentée sur les figures. Dans une autre variante, il serait aussi possible d'utiliser une deuxième moitié 3 du moule sans le mécanisme de déplacement. Dans ce cas, les parties latérales 10 pourraient être fixées par ressort sur la partie centrale 9, de telle sorte que la cavité 4 s'agrandirait lors d'une augmentation de la pression présente dans la cavité 4. Dans ce cas, la cavité 4 ne s'agrandirait pas avant l'expansion du mélange expansible 11, mais en même temps que le processus d'expansion. REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation d'une couche de mousse comportant les étapes : - introduction d'un mélange réactif (il) dans une cavité (4) étanche aux fluides, qui possède une hauteur (12) inférieure à une épaisseur de la couche de mousse à réaliser, ledit mélange réactif (il) étant conçu pour générer une matière plastique et un gaz constituant les produits d'une réaction chimique du mélange (11), de telle sorte qu'une mousse (14) se forme à partir de la matière plastique ; - agrandissement de la cavité (4), de telle sorte que celle-ci possède une hauteur (13) correspondant à l'épaisseur de la couche de mousse à réaliser, l'agrandissement commençant avant ou pendant que le mélange (11) commence à s'expanser ; - attente jusqu'à ce que le mélange (11) soit expansé et durci, et - retrait de la couche de mousse finie hors de la cavité (4) . 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on réalise une couche de mousse avec une épaisseur de 8 mm ou moins, de préférence entre 3 mm et 8 mm. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'agrandissement se produit en même temps que l'expansion, de préférence de telle sorte que la cavité (4) est agrandie sous l'effet de la pression produite au cours de la réaction. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on commence l'agrandissement de la cavité (4) avant la formation d'une quantité de gaz qui correspond, sous une pression normale, à 50 %, de préférence 20 % ou 10 % du volume du mélange (11) avant le début de l'expansion, et/ou en ce que l'agrandissement de la cavité (4) est complètement terminé avant la fin d'une réticulation de la matière plastique. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une pression, produite aucours de l'expansion dans la cavité (4), reste pendant la totalité du procédé inférieure à 10 bars, de préférence inférieure à 5 ou 3 bars. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'agrandissement de la cavité (4) commence au plus tard 30 secondes, de préférence au plus tard 20 secondes ou au plus tard 10 secondes après le début de l'introduction du mélange (11). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on réalise une couche de mousse avec une densité volumique inférieure à 200 g/1, de préférence inférieure à 150 g/l. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cavité (4) avant l'agrandissement est remplie à au moins 30 %, de préférence à au moins 50 % ou à au moins 80 % avec le mélange (11). 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que sous l'effet de la réaction du mélange (11), il se forme du polyuréthanne, de préférence de telle sorte que le mélange (il) contient au moins un isocyanate, un polyol et de l'eau. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que pendant l'introduction, le mélange (11) possède une viscosité inférieure à 5 000 MPa s, de préférence inférieure à 2 000 MPa s ou inférieure à 1 500 MPa s: 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une couche de décor (5) et/ou un support (6) sont disposés dans la cavité avant l'introduction du mélange (11). 12. Couche de mousse formée par une mousse de matière plastique avec une densité inférieure à 200 g/1, réalisée par des réactions chimiques d'un mélange (11) au cours d'un procédé selon l'une des revendications précédentes, une première réaction chimique générant la matière plastique et une seconde réaction chimique générant un gaz pour l'expansion de la matière plastique, ainsi qu'un produit secondaire, et ledit- 13 produit secondaire étant intégré dans la matière plastique ou étant entourée par celle-ci, 13. Couche de mousse selon la revendication 12, caractérisée par une épaisseur inférieure à 8 mm. 14. Couche de mousse selon la revendication 12 ou 13, caractérisée en ce qu'un écart-type de la taille des petites bulles formées dans la mousse sur toute la couche de mousse peut être inférieur à 50 % et de préférence inférieur à 25 % ou 10 % d'une taille moyenne des petites bulles de la mousse. 15. Couche de mousse selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisée en ce qu'une matière plastique formant la couche de mousse est formée à 50 % au moins de polyuréthanne, au moins 1 %, de préférence au moins 3 %, 5 %, 10 % ou 20 % des atomes d'azote présents dans la matière plastique étant contenus dans des groupes carbamide. 16. Pièce d'habillage intérieur de véhicule comportant une couche de mousse selon l'une quelconque des revendications 12 à 15.