Brevet FR3054167A1 — 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 notamment à des engins de locomotion, en particulier un véhicule automobile. 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. Par ailleurs, dans les pare-brise existants, l'épaisseur de la feuille de verre destinée à être tournée vers l'extérieur du véhicule est en général de 2,1 mm et 30 l'épaisseur de la feuille de verre destinée à être tournée vers l'intérieur du véhicule est en général de 1,6 mm. Toutefois, la tendance est à l'allègement des véhicules automobiles afin de diminuer leur consommation et le rejet de CO2 induit. Un moyen est de proposer des vitrages automobiles plus légers. Une solution pour diminuer le poids des vitrages est de diminuer l'épaisseur des feuilles de verre. 3054167 -2- Toutefois, cette diminution d'épaisseur entraîne une dégradation des propriétés acoustiques du vitrage feuilleté en particulier dans une gamme de fréquence comprise entre 3150 Hz et 6300 Hz, c'est-à-dire aux fréquences où l'oreille humaine est la plus sensible. 5 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 diminution de l'épaisseur des feuilles de verre sans dégradation des propriétés d'amortissement vibro-acoustiques, en particulier dans une gamme de fréquence comprise entre 3150 Hz et 6300 Hz. Pour cela, l'invention propose un intercalaire plastique viscoélastique destiné à être incorporé entre deux feuilles de verre d'un vitrage feuilleté pour lui procu- rer des propriétés d'amortissement vibro-acoustiques, l'intercalaire comprenant : - deux couches externes en PVB standard, chacune ayant une épaisseur comprise entre 0,10 mm et 0,40 mm, - une couche interne en matériau plastique viscoélastique à base d'acétal de polyvinyle, avec des propriétés acoustiques améliorées, la couche interne étant disposée entre les deux couches externes et la couche interne ayant une épaisseur strictement supérieure à 0,15 mm et inférieure ou égale à 1,05 mm, l'épaisseur totale de l'intercalaire étant comprise entre 0,90 mm et 1,25 mm, et l'intercalaire étant 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'épaisseurs respectives 1,8 mm et 1,4 mm entre les- quelles est incorporé l'intercalaire, déterminée par un mesurage de l'impédance mécanique (MIM) à 20°C selon la norme ISO 16940, est comprise entre 90 Hz et 115 Hz et que l'amortissement modal 1I1 dudit premier mode de résonance dudit barreau, déterminé par MIM dans les mêmes conditions, est compris entre 0,20 et 0,35. Selon une autre particularité, les couches externes ont un module de cisail- lement G' supérieur ou égal à 1.108 Pa et un facteur de perte tan 8 inférieur à 0,4, à 20°C et pour une gamme de fréquences comprise entre 1 kHz et 10 kHz. Selon une autre particularité, l'intercalaire est tel que la fréquence de résonance f1 du premier mode de résonance d'un barreau de vitrage feuilleté de sur- 3054167 -3- face 25 mm x 300 mm composé de deux feuilles de verre d'épaisseurs respectives 1,8 mm et 1,4 mm 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 95 et 105 Hz et que l'amortissement modal 111 dudit 5 premier mode de résonance dudit barreau, déterminé par MIM dans les mêmes conditions, est compris entre 0,27 et 0,35. Selon une autre particularité, chaque couche externe a une épaisseur d'environ 0,35 mm. L'invention concerne également un vitrage feuilleté comprenant : 10 - une feuille de verre d'épaisseur comprise entre 0,5 mm et 2,1 mm, - une feuille de verre d'épaisseur comprise entre 0,5 mm et 2,1 mm, - un intercalaire tel que décrit plus haut, l'intercalaire étant entre les feuilles de verre. L'invention concerne également une utilisation du vitrage ci-dessus comme 15 vitrage de véhicule automobile. 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 de l'isolation au bruit aérien (STL - Sound Transmission Loss en anglais) en fonction de la fré- 20 quence, pour 4 vitrages feuilletés différents ; - La figure 2 représente une vue en coupe d'un vitrage selon l'invention. Notons que l'expression « compris(e) entre ... et ... » inclut les bornes dans l'intervalle. 25 L'invention se rapporte à un intercalaire plastique viscoélastique destiné à être incorporé entre deux feuilles de verre d'un vitrage feuilleté pour lui procurer des propriétés d'amortissement vibro-acoustiques. L'intercalaire comprend : - deux couches externes en PVB standard, chacune ayant une épaisseur comprise entre 0,10 mm et 0,40 mm, 30 - une couche interne en matériau plastique viscoélastique à base d'acétal de polyvinyle, avec des propriétés acoustiques améliorées, la couche interne étant disposée entre les deux couches externes et la couche interne ayant une épaisseur strictement supérieure à 0,15 mm et inférieure ou égale à 1,05 mm. 3054167 -4- L'épaisseur totale de l'intercalaire est comprise entre 0,90 mm et 1,25 mm. De plus, 1"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'épaisseurs respectives 1,8 mm et 1,4 mm 5 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 90 Hz et 115 Hz et que l'amortissement modal 111 dudit premier mode de résonance dudit barreau, déterminé par MIM dans les mêmes conditions, est compris entre 0,20 et 0,35. 10 Ainsi, l'intercalaire selon l'invention, qui comporte au moins trois couches, dont au moins une couche interne ayant des propriétés d'amortissement acoustique remarquables, a une épaisseur d'au moins 0,90 mm, soit une épaisseur supérieure aux épaisseurs habituelles d'intercalaire, ce qui permet un amortissement plus important, en particulier dans une gamme de fréquence comprise entre 15 3150 Hz et 6300 Hz. Les inventeurs ont mis en évidence, comme on le verra plus loin, qu'un intercalaire ayant ces caractéristiques d'épaisseur, de fréquence de résonance et d'amortissement modal permet d'obtenir un vitrage feuilleté aminci aux performances acoustiques équivalentes, voire supérieures, à celles d'un vitrage feuilleté 20 avec des épaisseurs de verre classiques incorporant un intercalaire à propriétés acoustiques améliorées connu sur la bande recherchée, c'est-à-dire entre 3150 et 6300 Hz. L'intercalaire selon l'invention est destiné à être incorporé entre deux feuilles de verre pour former un vitrage feuilleté. Ce vitrage feuilleté par exemple 25 peut être utilisé dans un véhicule automobile. La figure 2 représente une vue en coupe d'un vitrage selon 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 verre est réalisée par des moyens connus, par exemple par empilement des 30 feuilles de verre et de l'intercalaire et par passage de l'ensemble en autoclave. 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 3054167 -5- contre les attaques extérieures (intempéries, projection de gravillons, etc...). En effet, plus le verre est épais, plus il est résistant mécaniquement. Toutefois, plus le verre est épais, plus il est lourd. Il faut donc trouver un compromis entre la résistance mécanique et le poids du vitrage. L'épaisseur de chaque feuilles de verre 1, 5 2 est par exemple comprise entre 0,5 mm et 2,1 mm. 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. De préférence, selon l'invention, l'épaisseur de la feuille de verre 1 est de 10 1,8 mm et l'épaisseur de la feuille de verre 2 est de 1,4 mm afin de limiter le poids du vitrage, ce qui permet de réduire la consommation en carburant d'un véhicule équipé d'un tel vitrage. Cela permet également de manipuler plus facilement le vitrage et d'économiser de la matière. Le vitrage selon l'invention peut également comprendre une feuille de verre 15 1 d'épaisseur 1,6 mm et une feuille de 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 une couche interne 3 en plastique viscoélastique aux propriétés d'amortissement vibro-acoustique améliorées. Elle est à base d'acétal de polyvinyle et de plastifiant. Le taux et la nature du plastifiant 20 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 deux couches 4, 5, dites couches externes, entre lesquelles est insérée la couche 3. Les deux couches externes 4, 5 sont en polyvinylbutyral (PVB), dit PVB standard 25 par opposition au matériau de la couche interne 3 qui est à base d'acétal de poly- vinyle et de plastifiant et qui est moins rigide et plus amortissant que le PVB dit standard. Les couches externes ont un module de cisaillement G' supérieur ou égal à 1.108 Pa et un facteur de perte tan b inférieur à 0,4, à 20°C et pour une gamme de fréquences comprise entre 1 kHz et 10 kHz. Les couches externes 4, 5 30 permettent une bonne tenue mécanique de l'intercalaire. En variante, l'intercalaire peut comporter au moins deux couches en plastique viscoélastique aux propriétés d'amortissement vibro-acoustique améliorées, entourées ou pas de couches en PVB standard. 3054167 -6- La couche interne 3 a une épaisseur strictement supérieure à 0,15 mm et inférieure ou égale à 1,05 mm tandis que les couches externes 4, 5 ont chacune une épaisseur comprise entre 0,10 et 0,40 mm, de préférence égale à environ 0,35 mm. 5 La couche 3 est moins rigide que les couches externes 4, 5 afin de procurer à l'intercalaire des propriétés acoustiques améliorées. L'augmentation de l'épaisseur de la couche 3 par rapport aux intercalaires connus (en général la couche 3 a une épaisseur de 0,15 mm) permet d'avantage d'amortissement à l'ensemble multicouche. 10 Comme nous le verrons plus loin, en lien avec la figure 1, une augmenta- tion de l'épaisseur de l'intercalaire permet en effet de compenser la perte d'isolation acoustique aux bruits aériens due à la diminution d'épaisseur de verre, voire d'améliorer les performances acoustiques du vitrage bien que le poids du verre soit inférieur, en particulier entre 3150 Hz et 6300 Hz. 15 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'épaisseurs respectives 2,1 mm et 1,6 mm (pour l'échantillon de référence en verre d'épaisseur standard) ou 1,8 mm et 1,4 mm (pour les échantillons 20 en verre d'épaisseur réduite) (et non de 4 mm comme préconisé dans la norme ISO 16940) entre lesquelles est incorporé un intercalaire selon l'invention, c'est-à-dire un intercalaire comprenant au moins une couche interne en plastique viscoélastique aux propriétés d'amortissement vibro-acoustique améliorées, située entre deux couches externes en PVB standard. 25 La MIM permet de déterminer des fréquences de résonance et des facteurs de perte des différents modes d'impédance mécanique du barreau de vitrage feuilleté. 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 30 mm composé de deux feuilles de verre d'épaisseurs respectives 1,8 mm et 1,4 mm 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 90 Hz et 115 Hz et que l'amortissement modal 1I1 dudit premier mode de 3054167 -7- résonance dudit barreau, déterminé par MIM dans les mêmes conditions, est compris entre 0,20 et 0,35. De préférence, la fréquence de résonance f1 est comprise entre 95 Hz et 105 Hz et le facteur de perte 111 est compris entre 0,27 et 0,35, ce qui permet 5 d'avoir des performances acoustiques encore améliorées, en particulier entre 3150 Hz et 6300 Hz. La figure 1 représente une courbe de l'isolation au bruit aérien (STL en anglais) en fonction de la fréquence, évaluée sur quatre vitrages feuilletés. Ainsi, un premier vitrage feuilleté (2,1 mm/1,6 mm - épaisseur totale de 0,85 10 mm) comprend : - deux feuilles de verre d'épaisseurs respectives 2,1 mm et 1,6 mm, et - un intercalaire comprenant deux couches externes en PVB standard d'épaisseur 0,35 mm et une couche centrale en plastique viscoélastique aux propriétés d'amortissement vibro-acoustique améliorées d'épaisseur 15 0,15 mm. La fréquence de résonance f1 est de 153 Hz (± 5 Hz) et le facteur de perte 1I1 est égal à 0,17 (± 0,05). Le premier vitrage feuilleté correspond à une composition verrière de pare-brise classique avec un intercalaire aux propriétés d'amortissement acoustique, 20 d'épaisseur connue. Il s'agit du vitrage feuilleté de référence. La courbe d'isolation acoustique aux bruits aériens (représentée par des ronds) du premier vitrage feuilleté montre une fréquence critique du vitrage vers 5000 Hz. Un deuxième vitrage feuilleté (1,8 mm/1,4 mm - épaisseur totale de 0,85 25 mm) comprend : - deux feuilles de verre d'épaisseurs respectives 1,8 mm et 1,4 mm, et - un intercalaire comprenant deux couches externes en PVB standard d'épaisseur 0,35 mm et une couche centrale en plastique viscoélastique aux propriétés d'amortissement vibro-acoustique améliorées d'épaisseur 30 0,15 mm. La fréquence de résonance f1 est de 127 Hz (± 5 Hz) et le facteur de perte 1I1 est égal à 0,16 (± 0,05). Le deuxième vitrage feuilleté correspond à un vitrage feuilleté aminci avec un intercalaire aux propriétés d'amortissement acoustique, d'épaisseur connue. 3054167 -8- La courbe d'isolation acoustique aux bruits aériens (représentée par des losanges) du deuxième vitrage feuilleté montre un comportement dégradé par rapport à celle du premier vitrage feuilleté au-dessus de 5000 Hz, avec une fréquence critique décalée vers 6300 Hz. 5 Avant 3150 Hz, on observe de plus une diminution de l'isolation au bruit aé- rien. L'isolation acoustique dans cette plage de fréquence est caractéristique de la masse du vitrage. Cette dégradation s'explique donc par le fait que la masse de verre a diminué. Un troisième vitrage feuilleté (1,8 mm/1,4 mm - coeur de 0,35 mm - épais-10 seur totale de 1,05 mm) comprend : - deux feuilles de verre d'épaisseurs respectives 1,8 mm et 1,4 mm, et - un intercalaire comprenant deux couches externes en PVB standard d'épaisseur 0,35 mm et une couche centrale en plastique viscoélastique aux propriétés d'amortissement vibro-acoustique d'épaisseur 0,35 mm. 15 La fréquence de résonance f1 est de 110 Hz (± 5 Hz) et le facteur de perte 111 est égal à 0,25 (± 0,05). Le troisième vitrage feuilleté correspond à un vitrage feuilleté aminci avec un intercalaire aux propriétés d'amortissement acoustique épaissi. La courbe d'isolation acoustique aux bruits aériens (représentée par des 20 carrés) du troisième vitrage feuilleté montre une forte amélioration des propriétés acoustiques entre 3150 Hz et 6500 Hz par rapport au premier vitrage feuilleté, avec une fréquence critique autour de 6300 Hz. Avant 3150 Hz, on observe de plus une amélioration de l'isolation au bruit aérien. 25 Un quatrième vitrage feuilleté (1,8 mm/1,4 mm - coeur 0,55 mm - épaisseur totale de 1,25 mm) comprend : - deux feuilles de verre d'épaisseurs respectives 1,8 mm et 1,4 mm, et - un intercalaire comprenant deux couches externes en PVB standard dépaisseur 0,35 mm et une couche centrale en plastique viscoélastique 30 aux propriétés d'amortissement vibro-acoustique d'épaisseur 0,55 mm. La fréquence de résonance f1 est de 102 Hz (± 5 Hz) et le facteur de perte 1I1 est égal à 0,29 (± 0,05). Le quatrième vitrage feuilleté correspond à un vitrage feuilleté aminci avec un intercalaire très épaissi. 3054167 -9- La courbe d'isolation acoustique aux bruits aériens (représentée par des triangles) du quatrième vitrage feuilleté montre une amélioration encore plus significative des propriétés acoustiques entre 3150 Hz et 6500 Hz par rapport au troisième vitrage feuilleté, avec une fréquence critique qui se décale un peu vers les 5 hautes fréquences (vers 8000 Hz), donc à des fréquences auxquelles l'oreille hu- maine est peu sensible. Avant 3150 Hz, on observe de plus une amélioration supplémentaire de l'isolation au bruit aérien par rapport au troisième vitrage feuilleté, avec un niveau d'isolation quasiment identique à celui du vitrage feuilleté de référence. L'isolation 10 acoustique due à l'épaisseur importante d'intercalaire a donc quasiment compen- sé la perte d'isolation acoustique due à la diminution de masse du verre. Le vitrage feuilleté selon l'invention peut être utilisé comme pare-brise de véhicule automobile. Dans ce cas-là, il satisfait bien entendu à toutes les conditions du règlement No. 43 des Nations Unies (dit règlement R43) de résistance 15 aux chocs durs pour assurer sa résistance mécanique. REVENDICATIONS1. Intercalaire plastique viscoélastique destiné à être incorporé entre deux feuilles de verre d'un vitrage feuilleté pour lui procurer des propriétés d'amortissement vibro-acoustiques, l'intercalaire comprenant : - deux couches externes (4, 5) en PVB standard, chacune ayant une épais- seur comprise entre 0,10 mm et 0,40 mm, - une couche interne (3) en matériau plastique viscoélastique à base d'acétal de polyvinyle, avec des propriétés acoustiques améliorées, la couche interne (3) étant disposée entre les deux couches externes (4, 5) et la couche interne (3) ayant une épaisseur strictement supérieure à 0,15 mm et infé- rieure ou égale à 1,05 mm, l'épaisseur totale de l'intercalaire étant comprise entre 0,90 mm et 1,25 mm, et l'intercalaire étant 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'épaisseurs respectives 1,8 mm et 1,4 mm entre les- quelles est incorporé l'intercalaire, déterminée par un mesurage de l'impédance mécanique (MIM) à 20°C selon la norme ISO 16940, est comprise entre 90 Hz et 115 Hz et que l'amortissement modal il dudit premier mode de résonance dudit barreau, déterminé par MIM dans les mêmes conditions, est compris entre 0,20 et 0,35. 2. Intercalaire selon la revendication 1, dans lequel les couches externes (4, 5) ont un module de cisaillement G' supérieur ou égal à 1.108 Pa et un facteur de perte tan b 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 d'épaisseurs respectives 1,8 mm et 1,4 mm 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 95 et 105 Hz et que l'amortissement modal il dudit premier mode de résonance dudit barreau, déterminé par MIM dans les mêmes conditions, est compris entre 0,27 et 0,35. 3054167 - 11 - 4. Intercalaire selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel chaque couche externe (4, 5) a une épaisseur d'environ 0,35 mm. 5. Vitrage feuilleté comprenant : - une feuille de verre (1) d'épaisseur comprise entre 0,5 mm et 2,1 mm, 5 - une feuille de verre (2) d'épaisseur comprise entre 0,5 mm et 2,1 mm, - un intercalaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, l'intercalaire étant entre les feuilles de verre. 6. Utilisation du vitrage selon la revendication 5 comme vitrage de véhicule automobile. 10