Brevet FR3028704A1 — publié le 20160520

-1- MEMBRANE DE HAUT-PARLEUR ET PROCEDE DE FABRICATION D'UN TELLE MEMBRANE Domaine technique L'invention se rattache au domaine du matériel acoustique, et plus précisément des membranes de haut-parleur. Elle concerne plus spécifiquement des membranes qui sont réalisées à partir d'une structure « sandwich » dont l'âme est formée d'une couche fibreuse présentant une très faible étanchéité à l'air. Il s'agit en particulier des âmes réalisées à base de fibres naturelles sous forme de nappes unidirectionnelles. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une telle membrane, qui permet des cadences de fabrication plus élevées, compatibles avec 15 une répétabilité accrue des propriétés acoustiques et esthétiques de la membrane. Techniques antérieures De manière générale, un haut-parleur est un transducteur acoustique qui comporte une membrane destinée à se déplacer en fonction du signal sonore à 20 reproduire, de manière à mettre en mouvement l'air environnant, et créer une onde acoustique correspondant au signal qui commande son mouvement. Une membrane doit donc combiner à la fois une rigidité lui permettant de mettre en mouvement l'air avoisinant, une légèreté qui lui permet d'être entraînée 25 avec un moteur de moindre consommation et dans une large bande de fréquence, ainsi qu'un amortissement mécanique adapté à la qualité acoustique recherchée. De multiples solutions ont déjà été proposées, en particulier celles de membranes qui présentent une structure « sandwich », combinant deux couches 30 rigides également dénommées « peau » séparées par une couche d'âme éloignant les couches rigides de la fibre neutre. 3028704 -2- Le choix de la géométrie et des matériaux utilisés pour la couche d'âme et les peaux permet de régler les trois paramètres principaux évoqués ci-avant. 5 Le Demandeur a décrit dans le document FR3000863, une membrane particulière dans laquelle la couche d'âme est réalisée à partir d'une nappe unidirectionnelle de fibres naturelles, et plus précisément de fibres de lin. Cette âme particulière présente l'avantage de présenter des bonnes propriétés 10 de rigidité, combinées avec une masse relativement faible, et ce avec des bonnes propriétés acoustiques d'amortissement. Toutefois, cette structure peut présenter certains inconvénients, notamment en ce qui concerne son procédé de fabrication. En effet, une telle membrane est réalisée par moulage d'une structure formée d'un empilement d'une première peau, à base d'un tissu de fibres de haute ténacité tel que du verre, carbone ou aramide, imprégné d'une résine pré-polymérisée. Cette première peau reçoit la couche d'âme formée d'une nappe unidirectionnelle de fibres naturelles. Cette âme est ensuite recouverte d'une seconde peau généralement identique à la première. Cet ensemble est ensuite mis en place dans un moule présentant la forme 25 définitive de la membrane. Lors de la fermeture du moule, les différentes couches se déforment pour adopter la géométrie de la matrice et du poinçon, qui est le plus souvent conique ou dérivée d'un cône, voire à profil semi-exponentiel. Le moule permet ensuite par application de condition de pression et de 30 température d'assurer la polymérisation définitive de la résine imprégnant les 3028704 -3 - peaux, qui confère la rigidité à cette dernière, tout en assurant leur adhérence avec la couche d'âme. Après ouverture du moule, l'ébauche de membrane est ensuite retirée pour 5 les opérations de découpe de son contour. Or, du fait de la structure particulièrement ajourée de la nappe unidirectionnelle de l'âme, on constate que l'étanchéité à l'air de la membrane ainsi obtenue n'est pas suffisante dans la plupart des cas, et peut conduire à un 10 comportement acoustique qui n'est pas satisfaisant. Il est envisageable de recouvrir alors l'ébauche de membrane ainsi obtenue d'une couche de vernis, par pulvérisation. Cependant, une telle opération augmente inévitablement le temps de fabrication de la membrane, et présente par ailleurs, l'inconvénient d'une dispersion dans les épaisseurs de vernis déposé, qui conduisent à des propriétés 15 acoustiques peu homogènes. Par ailleurs, dans la mesure où les peaux imprégnées de résine viennent au contact du poinçon et de la matrice du moule, on constate des problèmes lors de l'opération de démoulage, puisqu'une certaine adhésion persiste lorsque le moule 20 est encore ouvert. Ainsi, si l'on souhaite augmenter les cadences de production, et opérer un démoulage à chaud rapide, les risques existent de déformer ou de dégrader la membrane lors du retrait de l'ébauche de membrane du moule. Il est envisageable de contrer ses inconvénients en utilisant des agents 25 démoulants qui sont appliqués sur le moule, et qui limitent l'adhésion de la résine sur le métal du moule. Toutefois, l'emploi de ces agents démoulants n'est pas totalement satisfaisant puisqu'ils ont tendance à évoluer dans le temps au fur et à mesure du nombre de 30 cycles de moulage. Il s'ensuit que l'état de surface de la peau évolue au fur et à 3028704 -4- mesure du cycle de moulage, avec donc une dispersion sur l'aspect de la surface extérieure de la membrane. Exposé de l'invention 5 L'invention vise à pallier ces différents inconvénients en proposant une solution qui permet à la fois d'augmenter les cadences de production, tout en conservant les propriétés mécaniques, acoustiques et esthétiques optimales. Pour ce faire, le Demandeur a élaboré un procédé de fabrication d'une 10 membrane de haut-parleur, dans lequel : - on superpose un ensemble de couches, à savoir - une première peau formée d'un tissu de fils de haute ténacité imprégné d'une résine non totalement polymérisée ; - une couche d'âme formée d'une nappe unidirectionnelle de fibres 15 naturelles ; - une seconde peau analogue à la première peau - on dispose cet ensemble de couches à l'intérieur d'un moule, et on l'expose à des conditions de température et de pression permettant la polymérisation de la résine présente sur les peaux. 20 Conformément à l'invention, ce procédé se caractérise en ce qu'avant la mise en moule, on dispose sur l'une des peaux un film polymérique dont la température de transition vitreuse de tout ou partie de ses composants est inférieure à la température à laquelle est porté le moule. Autrement dit, l'invention consiste à ajouter une couche supplémentaire dans l'empilement qui va subir la cuisson dans le moule. L'emploi de cette couche particulière permet d'une part, d'assurer l'étanchéité à l'air de la membrane, en compensant ainsi la relative porosité à l'air conférée par l'âme en fibres naturelles. Cette amélioration d'étanchéité se fait en assurant conjointement une amélioration 3028704 -5- de la capacité de démoulage, et donc une augmentation de la cadence de production. On notera que différentes possibilités sont envisageables en ce qui concerne 5 la résine présente sur les peaux. Les peaux utilisées peuvent constituer des produits semi-finis préexistants, renfermer une quantité de résine qui a été imprégnée dans des opérations préalables. On parle alors de produits pré-imprégnés, dans lesquels la résine a été traitée par un chauffage contrôlé pour être partiellement polymérisée et ainsi ne pas être trop collante pour faciliter la manipulation de la peau. Cette 10 résine peut être également être obtenue pas l'imprégnation de la peau avec les constituants élémentaires de la résine, dont la polymérisation intégrale interviendra pendant le chauffage du moulage, par une procédé dit de « voie humide ». Il est à noter qu'on choisit la matière composant le film caractéristique de 15 telle suite qu'elle se mêle partiellement à la résine imprégnant les peaux de la membrane, tout en conservant une adhésion très faible ou quasi nulle au contact du moule métallique. De la sorte, ce film adhère à la résine de la peau, et n'adhère pas au moule. 20 Ainsi, selon une autre caractéristique de l'invention, le moule peut être ouvert et la membrane extraite du moule avant que la température du moule ne soit descendue en dessous de la température de transition vitreuse des composants du film caractéristique. En pratique, cette température peut être inférieure de plus de 30° à 40°C en dessous de la température maximale atteinte pendant l'opération de 25 cuisson. Il est ainsi possible d'obtenir des cadences de production relativement élevées avec un démoulage de l'ordre de quelques secondes, avec une conservation de la géométrie de la membrane. 30 3028704 -6- Dans une variante particulière de réalisation, il est possible qu'avant la mise en moule, on dépose un textile sur l'une des peaux, et en ce qu'après la sortie du moule, ce textile soit retiré. 5 Autrement dit, on peut utiliser un textile pelable qui permet de générer un état de surface particulier sur l'une des faces de la membrane. L'emploi de ce textile pelable permet d'obtenir cette texture de façon reproductible, en s'affranchissant de plus de l'agent de démoulage. 10 L'invention concerne également la membrane de haut-parleur qui présente une structure « sandwich » comprenant - - une âme réalisée à base d'une nappe unidirectionnelle de fibres naturelles ; - et deux couches d'un tissu de fils de haute ténacité imprégné d'une résine thermodurcissable, disposées de part et d'autre de l'âme. 15 Cette membrane se caractérise en ce qu'elle comporte sur une de ces faces une couche formée d'un film polymérique recouvrant l'une des couches à base du tissu de fils de haute ténacité. 20 En pratique, ce film peut être monocouche, mais également multicouches pour optimiser à la fois les propriétés d'étanchéité conférées, et l'adhésion sur les peaux imprégnés, ainsi que la facilité de démoulage. En pratique, différents matériaux peuvent être employés pour ce film 25 polymérique, et notamment s'agissant des films monocouches et films à base de polypropylène, ou polyéthylène. Les films multicouches peuvent être réalisés par coextrusion de polypropylène avec un autre matériau du type polyéthylène ou polyamide, 30 polyuréthanne ou polyester. Le film multicouche peut également être réalisé à partir de deux polymères similaires, et en particulier deux polypropylènes 3028704 -7- présentant des points de fusion distincts. La couche de plus haute température de fusion est alors placée au contact avec le moule, et la couche de plus bas point de fusion est au contact de la peau. 5 En pratique, ce film peut présenter une épaisseur comprise entre vingt et deux cents microns, en fonction des contraintes globales de masse de la membrane. De préférence, on préférera les films présentant une très bonne déformabilité, permettant leur étirement à 20% sans formation de plis. Ainsi, les films doivent 10 présenter en fonction de la géométrie globale de la membrane un allongement avant rupture nettement supérieure à 20 %, et de l'ordre de 30 à 50%. Dans certains cas de figures, il peut être avantageux d'utiliser un film microporeux. L'emploi d'un tel film permet de s'affranchir de problèmes liés aux 15 phénomènes de dégazage qui peuvent intervenir lors du chauffage, notamment la vaporisation des résidus d'eau présents dans les peaux textiles, ou celle des composés volatils présents dans la résine, et aux phénomènes de dilatation de l'air emprisonné dans l'empilement des couches. 20 Description sommaire des figures La manière de réaliser l'invention, ainsi que les avantages qui en découlent ressortiront bien de la description de l'exemple qui suit, donné à l'appui de l'unique figure annexée qui est une vue en coupe schématique partielle d'une membrane conforme à l'invention. 25 Manière de réaliser l'invention Comme déjà évoqué, l'invention concerne des membranes de haut-parleur qui sont composées d'une structure « sandwich » mises en forme par 30 thermomoulage, d'un empilement de couches, tel qu'illustré à la figure 1. 302 8 704 -8- Un tel empilement 1 comprend tout d'abord une âme centrale 2 réalisée à base d'une nappe unidirectionnelle de fibres de lin. Une telle nappe présente une masse de l'ordre de quelques dizaines à quelques centaines de grammes par mètre carré, et typiquement voisine de 150 g/m2. Cette nappe unidirectionnelle reçoit de 5 part et d'autres deux peaux 3, 4 qui peuvent avantageusement être identiques pour des raisons de maîtrise des contraintes internes au sein de la membrane. Toutefois, peut également y avoir avantage à utiliser des peaux différentes en fonction des géométries de la membrane. 10 A titre d'exemple, on peut utiliser un textile réalisé à base de fils de verre d'un titre unitaire de 11 Tex, tissé selon une armure uni, et présentant une masse surfacique de l'ordre de quelques dizaines à quelques centaines de grammes par mètre carré, typiquement de l'ordre de 50 g/m2. 15 Ce tissu de fils de verre est pré-imprégné d'une résine pré-polymérisée, à base d'époxy, permettant sa manipulation aisée et sa déformation à chaud. Typiquement, la masse de résine imprégnant le tissu de verre est voisine de la masse du tissu lui-même, et typiquement de quelques dizaines à quelques centaines de grammes par mètre carrés, et typiquement de l'ordre de 50 g/m2. 20 Tel qu'illustré à la figure 1, l'une des couches 3 de l'empilement reçoit l'application d'un film 5, qui peut être typiquement un film bicouche à base de polypropylènes formulés pour présenter des points de fusions distincts. Une première couche, typiquement à base de polypropylène isotactique, destinée à 25 venir au contact du moule présente une température de fusion de l'ordre de 160 à 166°C, tandis que la couche venant au contact de la peau et sa résine, typiquement à bas de polypropylène syndiotactique, présente un point de fusion de 130°C. Typiquement, pendant l'étape de moulage, l'ensemble de l'empilement 1 est 30 porté à une température de l'ordre de 145° C, permettant d'assurer la polymérisation globale de la résine époxy. 3028704 -9- Dans l'exemple de réalisation particulier illustré à la figure 1, l'empilement comporte également une couche extérieure 6, au contact de la peau 5, qui est réalisée en un textile sacrificiel, destiné à être arraché après le démoulage. Il peut 5 par exemple s'agir d'un taffetas de polyamide 6.6, d'une masse de 50 g/m2. Il ressort de ce qui précède que la membrane conforme à l'invention présente de multiples avantages parmi lesquels on peut citer : - l'obtention d'une étanchéité à l'air suffisante pour obtenir des propriétés 10 acoustiques satisfaisantes, et ce malgré la forte porosité à l'air de l'âme à base de fibres naturelles ; - la possibilité de régler la masse, la rigidité et l'amortissement de la membrane par le choix de l'épaisseur et du matériau employé pour le film extérieur, avec un impact sur les performances acoustiques ; 15 - la possibilité de faire varier l'aspect esthétique de la membrane en utilisant des films extérieurs qui présentent la couleur, la texture, la brillance et voire même le décor souhaité ; - une augmentation de la cadence de production, par la facilité d'un démoulage à chaud ; 20 - la diminution des opérations de maintenance du moule, du fait que le contact entre les résines d'imprégnation des peaux, et le métal du moule est bloqué par le film caractéristique. REVENDICATIONS1/ Procédé de fabrication d'une membrane de haut-parleur dans laquelle : - on superpose un ensemble de couches, à savoir - une première peau (3) formée d'un tissu de fils de haute ténacité imprégné d'une résine non-totalement polymérisée ; - une couche d'âme (2) formée d'une nappe unidirectionnelle de fibres naturelles ; - une seconde peau (4) formée d'un tissu de haute ténacité imprégné d'une résine non totalement polymérisée ; - on dispose ledit ensemble de couches (1) à l'intérieur d'un moule, et on l'expose à des conditions de température et de pression permettant la polymérisation de ladite résine imprégnant les première et deuxième peaux (3, 4), caractérisé en ce qu'avant la mise en moule, on dispose sur la seconde peau (4) un film polymérique (5) dont la température de fusion de tout ou partie de ses composants est inférieure à la température maximale à laquelle est porté le moule. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les peaux sont 20 imprégnées d'une résine partiellement polymérisée. 3/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les peaux sont imprégnées d'une résine non polymérisée. 25 4/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moule est ouvert, et la membrane est extraite du moule avant que la température du moule ne soit descendue en dessous de la température de transition vitreuse de la résine. 5/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'avant la mise en moule 30 on dépose sur la première peau un textile (6) et en ce qu'après sortie du moule, ledit textile (6) est retiré de la membrane. 3028704 6/ Membrane de haut-parleur présentant une structure « sandwich » comportant : - une âme réalisée à base d'une nappe unidirectionnelle de fibres naturelles ; - deux couches d'un tissu (3, 4) de fils de haute ténacité imprégnées d'une 5 résine thermodurcissable, disposées de part et d'autre de l'âme (2), caractérisée en ce qu'elle comporte sur une de ses faces une couche (5) formée d'un film polymérique, recouvrant l'une des couches (4) à base du tissu de fils de haute ténacité. 10 7/ Membrane de haut-parleur selon la revendication 6, caractérisée en ce que le film (6) est monocouche. 8/ Membrane de haut-parleur selon la revendication 6, caractérisée en ce que le film (6) est multicouche. 9/ Membrane de haut-parleur selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'au moins une des couches du film (5) est réalisée à base d'un matériau choisi dans le groupe comprenant les polypropylènes, les polyéthylènes, les polyamides, les polyesters et les polyuréthannes 10/ Membrane de haut-parleur selon la revendication 6, caractérisée en ce que le film (6) d'une épaisseur comprise entre vingt et deux cents micromètres. 11/ Membrane de haut-parleur selon la revendication6, caractérisée en ce que le 25 film (6) est déformable, et présente un allongement avant rupture supérieur à 20 %, préférentiellement à 30%, très préférentiellement à 40%. 12/ Membrane de haut-parleur selon la revendication 6, caractérisée en ce que le film (6) est microporeux. 15 30