Brevet FR3054169A1 — publié le 20180126

INTERCALAIRE PLASTIQUE VISCOELASTIQUE POUR UN AMORTISSEMENT VIBRO-ACOUSTIQUE ET VITRAGE COMPRENANT UN TEL INTERCALAIRE L'invention concerne un intercalaire plastique viscoélastique destiné à être incorporé entre deux feuilles de verre pour former un vitrage feuilleté ayant des propriétés d'amortissement vibro-acoustiques, destiné à des engins de locomotion, en particulier un véhicule automobile ou encore l'isolation de bâtiments. Parmi toutes les qualités concourant au confort dans les moyens de transport modernes comme les trains et les automobiles, le silence est devenu déter10 minant. Le confort acoustique a été amélioré depuis plusieurs années maintenant, en traitant les bruits, tels que les bruits du moteur, de roulement ou de suspension, et cela à leur origine ou au cours de leur propagation aérienne ou dans les solides. 15 Les formes des véhicules ont été également modifiées pour améliorer la pénétration dans l'air et diminuer les turbulences qui sont elles-mêmes sources de bruit. Et depuis quelques années, on s'est penché sur le rôle que pouvaient jouer les vitrages dans l'amélioration du confort acoustique, en particulier des vitrages 20 feuilletés comportant des films intercalaires plastiques. Les vitrages feuilletés pré- sentent en outre d'autres avantages tels que supprimer le risque de projection de fragments en cas de casse brutale, ou encore constituer un retardateur d'effraction. Il a été mis en évidence que l'utilisation de films plastiques standards dans 25 des vitrages feuilletés ne convenait pas dans l'amélioration du confort acoustique. Il a alors été développé des films plastiques spécifiques qui présentaient des propriétés d'amortissement permettant une amélioration du confort acoustique. Toutefois, il y a une demande constante d'amélioration du confort acous- tique. 30 Il y a donc un besoin pour un intercalaire plastique viscoélastique destiné à être incorporé entre deux feuilles de verre pour former un vitrage feuilleté ayant des propriétés d'amortissement vibro-acoustiques, qui permette une amélioration des propriétés d'isolation acoustique, en particulier dans une gamme de fréquence 3054169 2 comprise entre 1000 Hz et 5000 Hz, domaine dans lequel l'oreille humaine est la plus sensible. Pour cela, l'invention propose un intercalaire plastique viscoélastique desti- né à être incorporé entre deux feuilles de verre d'un vitrage pour lui procurer des 5 propriétés d'amortissement vibro-acoustiques, l'intercalaire comprenant : deux couches externes en PVB standard, une première et une deuxième couches internes en matériau plastique viscoélastique à base d'acétal de polyvinyle et de plastifiant, avec des propriétés acoustiques améliorées, une couche centrale en PVB standard, la première et la deuxième couches internes étant disposées respectivement entre la couche centrale et les première et deuxième couches externes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention vont à présent être décrits en regard des dessins sur lesquels : - La figure 1 représente une évaluation des propriétés de l'isolation au bruit aérien (STL - Sound Transmission Loss en anglais) en fonction de la fréquence pour 3 vitrages feuilletés différents ; La figure 2 est une vue en coupe d'un vitrage selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - La figure 3 est une vue en coupe d'un vitrage selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Les numéros de référence qui sont identiques sur les différentes figures représentent des éléments similaires ou identiques. Notons que l'expression « compris(e) entre ... et ... » inclut les bornes dans l'intervalle. L'invention se rapporte à un intercalaire plastique viscoélastique destiné à être incorporé entre deux feuilles de verre d'un vitrage pour lui procurer des propriétés d'amortissement vibro-acoustiques, l'intercalaire comprenant : - deux couches externes en PVB standard, 3054169 -3- - une première et une deuxième couches internes en matériau plastique viscoélastique à base d'acétal de polyvinyle et de plastifiant, avec des proprié- tés acoustiques améliorées, - une couche centrale en PVB standard. 5 La première et la deuxième couches internes sont disposées respective- ment entre la couche centrale et les première et deuxième couches externes. Ainsi, l'intercalaire comporte cinq couches au total, dont trois couches en PVB standard entre lesquelles sont intercalées des couches ayant des propriétés d'amortissement acoustique remarquables. Cette structure d'intercalaire, en parti- 10 culier cette alternance de couches plus rigides et moins amorties et de couches moins rigides et plus amorties, confère au vitrage une amélioration de ses propriétés d'isolation acoustique, en particulier dans une gamme de fréquence comprise entre 1000 Hz et 5000 Hz. L'intercalaire selon l'invention est destiné à être incorporé entre deux 15 feuilles de verre pour former un vitrage feuilleté. La figure 2 représente une vue en coupe d'un vitrage selon un premier mode de réalisation de l'invention. Le vitrage comprend deux feuilles de verre 1, 2 entre lesquelles est inséré l'intercalaire selon l'invention. La solidarisation de l'intercalaire aux feuilles de 20 verre est réalisée par des moyens connus, par exemple par empilement des feuilles de verre et de l'intercalaire et par passage de l'ensemble en autoclave. L'épaisseur de chaque feuilles de verre 1, 2 est par exemple comprise entre 0,5 mm et 3,0 mm pour une application de vitrage automobile, par exemple de pare-brise, et entre 0,5 mm et 15,0 mm pour une application de vitrage bâtiment. 25 Dans le cas d'une application pare-brise, le vitrage satisfait bien entendu à toutes les conditions du règlement No. 43 des Nations Unies (dit règlement R43) de résistance aux chocs durs pour assurer sa résistance mécanique. Dans le cas d'une application bâtiment, le vitrage feuilleté selon l'invention peut être utilisé en tant que tel ou intégré dans un vitrage multiple. Pour une application de vitrage automobile, la feuille de verre 1 du vitrage est destinée à être tournée vers l'extérieur du véhicule tandis que la feuille de verre 2 est destinée à être tournée vers l'intérieur du véhicule. La feuille de verre 1 est par exemple plus épaisse que la feuille de verre 2 de façon à ce que le vitrage permette une meilleure protection contre les attaques extérieures (intempéries, 3054169 -4- projection de gravillons, etc...). Dans les vitrages automobiles existants, l'épaisseur de la feuille de verre 1 est en général de 2,1 mm et l'épaisseur de la feuille de verre 2 est en général de 1,6 mm. Le vitrage selon l'invention peut également comprendre une feuille de verre 1 d'épaisseur 1,6 mm et une feuille de 5 verre 2 d'épaisseur 1,2 mm, ou une feuille de verre 1 d'épaisseur 1,4 mm et une feuille de verre 2 d'épaisseur 1,1 mm. L'intercalaire est constitué d'au moins deux couches internes 6, 7 en plastique viscoélastique aux propriétés d'amortissement vibro-acoustique améliorées. Elles sont à base d'acétal de polyvinyle et de plastifiant. Le taux et la nature du 10 plastifiant et le degré d'acétalisation du polyvinylbutyral permettent de jouer de façon connue sur la rigidité d'un composant à base de polyvinylbutyral et de plastifiant. Dans l'exemple de la figure 2, l'intercalaire comprend également trois couches 3, 4, 5 en polyvinylbutyral (PVB), dit PVB standard par opposition au ma- 15 tériau des couches internes 6, 7 qui est à base d'acétal de polyvinyle et de plasti- fiant et qui est moins rigide et plus amortissant que le PVB dit standard. Les trois couches 3, 4, 5 en PVB standard sont appelées couches externes pour les couches 4 et 5 et couche centrale pour la couche 3. Les couches externes 4, 5 et la couche centrale 3 ont un module de cisaillement G' supérieur ou égal à 1.108 20 Pa et un facteur de perte tan b inférieur à 0,4, à 20°C et pour une gamme de fré- quences comprise entre 1 kHz et 10 kHz. Les couches externes 4, 5 et la couche centrale 3 permettent une bonne tenue mécanique de l'intercalaire. Les couches internes 6, 7 sont moins rigide que les couches externes 4, 5 et la couche centrale 3 afin de procurer à l'intercalaire des propriétés acoustiques 25 améliorées. Les couches externes 4, 5 sont en contact avec les feuilles de verre respectivement 1, 2. Les deux couches 6, 7 sont chacune intercalées entre une des couches externes 4, 5 et la couche centrale 3. En fonction des applications, la première et la deuxième couches in-30 ternes 6, 7 peuvent avoir la même composition chimique ou une composition chimique différente. De plus, afin d'optimiser l'isolation acoustique aux bruits aériens, la couche centrale 3 et les couches externes 4, 5 ont chacune une épaisseur comprise entre 0,10 mm et 0,40 mm et les couches internes 6, 7 ont chacune une épaisseur 3054169 -5- comprise entre 0,10 mm et 0,20 mm, l'épaisseur totale de l'intercalaire étant comprise entre 0,70 mm et 2,00 mm. La figure 3 représente une vue en coupe d'un vitrage selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. 5 Ce vitrage diffère de celui de la figure 2 uniquement par le fait que la couche centrale 3 est constituée de deux couches 3a, 3b en PVB standard, qui sont superposées. Ce qui a été dit plus haut concernant le mode de réalisation de la figure 2 est valable pour le mode de réalisation de la figure 3. Pour réaliser ce vitrage selon la figure 3, deux intercalaires tricouches 10 acoustiques A et B sont superposés. Chaque intercalaire tricouche A, B comprend deux couches en PVB standard, respectivement 4, 3a et 3b, 5 entre lesquelles est disposée une couche 6 ou 7 en matériau plastique viscoélastique à base d'acétal de polyvinyle et de plastifiant, avec des propriétés acoustiques améliorées. Ainsi, l'intercalaire selon l'invention peut être réalisé, soit à partir de cinq 15 couches indépendantes, soit à partir de deux intercalaires tricouches existants. Comme nous le verrons plus loin, en lien avec la figure 1, le fait que l'intercalaire comprenne deux couches avec des propriétés acoustiques améliorées, intercalées entre trois couches en PVB standard, permet d'améliorer les performances acoustiques du vitrage, en particulier entre 1000 Hz et 5000 Hz. 20 Les caractéristiques acoustiques de l'intercalaire sont déterminées par me- surage de l'impédance mécanique (MIM) à 20°C selon la norme ISO 16940 d'un barreau de vitrage feuilleté de surface 25 mm x 300 mm composé de deux feuilles de verre d'épaisseur 2,1 mm (et non de 4 mm comme préconisé dans la norme ISO 16940) entre lesquelles est incorporé un intercalaire selon l'invention, c'est-à- 25 dire un intercalaire comprenant au moins deux couches internes en plastique vis- coélastique aux propriétés d'amortissement vibro-acoustique améliorées, situées entre trois couches externes et centrale en PVB standard. La MIM permet de déterminer des fréquences de résonance et des facteurs de perte des différents modes d'impédance mécanique du barreau de vitrage feuil-30 leté. L'intercalaire est selon l'invention si la fréquence de résonance f1 du premier mode de résonance d'un barreau de vitrage feuilleté de surface 25 mm x 300 mm composé de deux feuilles de verre d'épaisseur 2,1 mm chacune entre lesquelles est incorporé l'intercalaire, déterminée par un mesurage de l'impédance 3054169 -6- mécanique (MIM) à 20°C selon la norme ISO 16940, est comprise entre 100 Hz et 200 Hz et que l'amortissement modal 111 dudit premier mode de résonance dudit barreau, déterminé par MIM dans les mêmes conditions, est supérieur ou égal à 0,35. 5 De préférence, la fréquence de résonance f1 est comprise entre 120 Hz et 180 Hz et le facteur de perte 111 est supérieur ou égal à 0,38, voire à 0,40, ce qui permet d'avoir des performances acoustiques encore améliorées, en particulier entre 1000 Hz et 5000 Hz. La figure 1 représente une courbe de la mesure des propriétés de l'isolation 10 au bruit aérien (STL en anglais) en fonction de la fréquence, évaluée sur trois vi- trages feuilletés suivant la norme NF EN ISO 10140 (à l'exception de la taille du vitrage qui est rapportée à une dimension de 500 mm par 800 mm). Ainsi, un premier vitrage feuilleté (Echantillon 1 - référence 1) comprend : - deux feuilles de verre ayant chacune une épaisseur de 2,1 mm, et 15 - un intercalaire N°1 comprenant deux couches externes en PVB stan- dard et une couche interne en plastique viscoélastique aux propriétés d'amortissement vibro-acoustique améliorées. La fréquence de résonance f1 est de 138 Hz (± 5 Hz) et le facteur de perte 1I1 est égal à 0.27 (± 0,05). 20 Le premier vitrage feuilleté correspond à une composition verrière de pare- brise classique avec un intercalaire aux propriétés d'amortissement acoustique connu. L'intercalaire N°1 pourrait par exemple être remplacé par l'intercalaire Trosifol VG+SC commercialisé par Kuraray ou par l'intercalaire Saflex® Vanceva Quiet QC41 commercialisé par Solutia ou encore par l'intercalaire S-Lec Acoustic 25 Film HI-RZN12 commercialisé par Sekisui. Il s'agit du vitrage feuilleté de référence 1. La courbe d'isolation acoustique aux bruits aériens du premier vitrage feuilleté est représentée par des ronds. Un deuxième vitrage feuilleté (Echantillon 2 - référence 2) comprend : 30 - deux feuilles de verre ayant chacune une épaisseur de 2,1 mm, et - un intercalaire N°2 comprenant deux couches externes en PVB stan- dard et une couche interne en plastique viscoélastique aux propriétés d'amortissement vibro-acoustique améliorées. 3054169 -7- La fréquence de résonance f1 est de 175 Hz (± 5 Hz) et le facteur de perte 111 est égal à 0,27 (± 0,05). Le deuxième vitrage feuilleté correspond à une composition verrière de pare-brise classique avec un intercalaire aux propriétés d'amortissement acous- 5 tique connu. L'intercalaire N°2 est l'intercalaire décrit dans le document WO 2016/175101. Il s'agit du vitrage feuilleté de référence 2. La courbe d'isolation acoustique aux bruits aériens du deuxième vitrage feuilleté est représentée par des losanges. Un troisième vitrage feuilleté (Echantillon 1+2) comprend : 10 - deux feuilles de verre ayant chacune une épaisseur de 2,1 mm, et - un intercalaire constitué d'un intercalaire tricouche N°1 et d'un intercalaire tricouche N°2 superposés. La fréquence de résonance f1 est de 146 Hz (± 5 Hz) et le facteur de perte il est égal à 0,42 (± 0,05). 15 Le troisième vitrage feuilleté correspond à un vitrage feuilleté selon l'invention. La courbe d'isolation acoustique aux bruits aériens (représentée par des triangles) du troisième vitrage feuilleté montre une amélioration de l'isolation acoustique au bruit aérien entre 500 Hz et 5000 Hz par rapport aux premier et 20 deuxième vitrages feuilletés de référence, et même une amélioration de l'isolation acoustique sur l'ensemble de la plage de fréquences (500 Hz - 8000 Hz) par rapport au premier vitrage feuilleté. On peut ainsi observer un effet remarquable résultant de l'assemblage de plusieurs couches de matériaux viscoélastiques de propriétés et de natures différentes (en terme d'amortissement et de rigidité mé- 25 canique) dont l'ensemble décrit un PVB acoustique de nouvelle génération à la fois plus amorti tout en étant plus rigide qu'un PVB acoustique classique. On peut ainsi observer un effet de synergie entre les deux intercalaires tricouches N°1 et N°2 entre 500 Hz et 5000 Hz, ce qui n'est plus vrai aux plus hautes fréquences. L'invention concerne également un vitrage feuilleté comprenant : 30 - deux feuilles de verre ayant chacune une épaisseur de 2,1 mm, et - un intercalaire constitué de deux intercalaires tricouches N°1 superpo- sés. La fréquence de résonance f1 évaluée est de 128 Hz (± 5 Hz) et le facteur de perte il évalué est égal à 0,41 (± 0,05). 3054169 -8- L'invention concerne également un vitrage feuilleté comprenant : - deux feuilles de verre ayant chacune une épaisseur de 2,1 mm, et - un intercalaire constitué de deux intercalaires tricouches N°2 superpo- sés. 5 La fréquence de résonance f1 évaluée est de 168 Hz (± 5 Hz) et le facteur de perterp évalué est égal à 0,42 (± 0,05). Les intercalaires tricouches N°1 et N°2 ont des compositions chimiques différentes mais sont à base d'acétal de polyvinyle et de plastifiant, avec des propriétés acoustiques améliorées et sont bien tels que, lorsqu'ils sont superposés deux 10 à deux (N°1+N°1 ou N°1+N°2 ou N°2+N°2), la fréquence de résonance f1 du premier mode de résonance d'un barreau de vitrage feuilleté de surface 25 mm x 300 mm composé de deux feuilles de verre d'épaisseur 2,1 mm chacune entre lesquelles est incorporé l'intercalaire, déterminée par un mesurage de l'impédance mécanique (MIM) à 20°C selon la norme ISO 16940, est comprise entre 100 Hz et 15 200 Hz et que l'amortissement modal 1I1 dudit premier mode de résonance dudit barreau, déterminé par MIM dans les mêmes conditions, est supérieur ou égal à 0,35, voire supérieur ou égale à 0,38, voire même supérieur ou égal à 0,40. L'ensemble des exemples sont des vitrages feuilletés avec deux feuilles de verre d'épaisseur 2,1 mm chacune. Toutefois, comme indiqué en début de des- 20 cription, tous les vitrages feuilletés avec des feuilles de verre d'épaisseur comprise entre 0,5 mm et 15,0 mm et un intercalaire à cinq couches, dont trois couches de PVB standard entre lesquelles sont situées deux couches internes plus molles que le PVB standard, la couche centrale pouvant être dédoublée, font partie de l'invention. 25 Les mesures de MIM ont été réalisées une fois par semaine pendant plu- sieurs semaines. Les valeurs données ici sont les valeurs obtenues après stabilisation, soit typiquement au moins 10 semaines après assemblage du barreau de vitrage feuilleté. L'intercalaire selon l'invention peut en outre : 30 - être teinté dans la masse sur une partie de sa surface, pour permettre un respect de l'intimité des personnes à l'intérieur d'un véhicule ou encore pour protéger le conducteur d'un véhicule contre l'éblouissement à la lumière du soleil ou simplement pour un effet esthétique, et/ou 3054169 -9- - avoir une section transversale diminuant en forme en coin du haut vers le bas du vitrage feuilleté pour permttre au vitrage feuilleté d'être utilisé comme écran de système de visualisation tête haute (appelé HUD ou Head Up Display), et/ou 5 - comprendre des particules avec une fonction de filtre au rayonnement infrarouge pour limiter la hausse de température à l'intérieur d'un véhicule due au rayonnement infrarouge du soleil, pour améliorer le confort des passagers. 10 REVENDICATIONS1. Intercalaire plastique viscoélastique destiné à être incorporé entre deux feuilles de verre (1, 2) d'un vitrage pour lui procurer des propriétés d'amortissement vibro-acoustiques, l'intercalaire comprenant : deux couches externes (4, 5) en PVB standard, une première et une deuxième couches internes (6, 7) en matériau plastique viscoélastique à base d'acétal de polyvinyle et de plastifiant, avec des propriétés acoustiques améliorées, une couche centrale (3 ; 3a, 3b) en PVB standard, la première et la deuxième couches internes (6, 7) étant disposées respective- ment entre la couche centrale (3 ; 3a, 3b) et les première et deuxième couches externes (4, 5). 2. Intercalaire selon la revendication 1, dans lequel les couches externes (4, 5) et la couche centrale (3 ; 3a, 3b) ont un module de cisaillement G' supérieur 15 ou égal à 1.108 Pa et un facteur de perte tan S inférieur à 0,4, à 20°C et pour une gamme de fréquences comprise entre 1 kHz et 10 kHz. 3. Intercalaire selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'intercalaire est tel que la fréquence de résonance f1 du premier mode de résonance d'un barreau de vitrage feuilleté de surface 25 mm x 300 mm composé de deux feuilles de verre 20 d'épaisseur 2,1 mm chacune entre lesquelles est incorporé l'intercalaire, déterminée par un mesurage de l'impédance mécanique (MIM) à 20°C selon la norme ISO 16940, est comprise entre 100 Hz et 200 Hz et que l'amortissement modal il dudit premier mode de résonance dudit barreau, déterminé par MIM dans les mêmes conditions, est supérieur ou égal à 0,35. 25 4. Intercalaire selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel l'intercalaire est tel que la fréquence de résonance f1 du premier mode de résonance d'un barreau de vitrage feuilleté de surface 25 mm x 300 mm composé de deux feuilles de verre d'épaisseur 2,1 mm entre lesquelles est incorporé l'intercalaire, déterminée par un mesurage de l'impédance mécanique (MIM) à 20°C selon la norme ISO 30 16940, est comprise entre 120 et 180 Hz et que l'amortissement modal Th dudit 3054169 - 11 - premier mode de résonance dudit barreau, déterminé par M M dans les mêmes conditions, est supérieur ou égal à 0,38, voire à 0,40. 5. Intercalaire selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la première et la deuxième couches internes (6, 7) ont une composition différente. 5 6. Intercalaire selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la couche centrale (3 ; 3a, 3b) et les couches externes (4, 5) ont chacune une épaisseur comprise entre 0,10 mm et 0,40 mm et les couches internes (6, 7) ont chacune une épaisseur comprise entre 0,10 mm et 0,20 mm, l'épaisseur totale de l'intercalaire étant comprise entre 0,70 mm et 2,00 mm. 10 7. Intercalaire selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la couche centrale (3a, 3b) est constituée de deux couches en PVB standard, l'intercalaire étant constitué de deux intercalaires tricouches (A, B) superposés, chaque intercalaire tricouche (A, B) comprenant deux couches en PVB standard (4, 3A ;3b, 5) entre lesquelles est disposée une couche (6 ;7) en matériau plastique viscoélas- tique à base d'acétal de polyvinyle, avec des propriétés acoustiques améliorées. 8. Intercalaire selon l'une des revendications 1 à 7, l'intercalaire étant teinté dans la masse sur une partie de sa surface et/ou ayant une section transversale diminuant en forme en coin du haut vers le bas d'un vitrage feuilleté dans lequel il est destiné à être incorporé et/ou comprenant des particules avec une fonction de filtre au rayonnement infrarouge. 9. Vitrage feuilleté comprenant : une feuille de verre (1) d'épaisseur comprise entre 0,5 mm et 3,0 mm, une feuille de verre (2) d'épaisseur comprise entre 0,5 mm et 3,0 mm, un intercalaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, l'intercalaire étant entre les feuilles de verre (1, 2). 10. Vitrage feuilleté comprenant : une feuille de verre (1) d'épaisseur comprise entre 0,5 mm et 15,0 mm, une feuille de verre (2) d'épaisseur comprise entre 0,5 mm et 15,0 mm, un intercalaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, l'intercalaire étant entre les feuilles de verre (1, 2). 3054169 - 12 - 11. Utilisation du vitrage selon la revendication 9 comme vitrage de véhicule automobile. 12. Utilisation du vitrage selon la revendication 10 comme vitrage de bâtiment, soit en vitrage simple, soit intégré dans un vitrage multiple. 5