EP0720143B1 - Matériau absorbant les ondes acoustiques - Google Patents
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/162—Selection of materials
Definitions
- the present invention relates to the absorption of acoustic waves in the audible range, between 20 Hz and 20kHz.
- An object of the present invention is to define a sound absorbing material in the spectrum audible, which is as light and as space-saving as possible, and effective even in the bass zone frequencies of the sound spectrum.
- said structure material is a deformable porous material impregnated with said material thixotric.
- At least some of the said counterions carry hydroxyl groups allowing interactions by hydrogen bonds.
- said macromolecule is an acidic polymer, such as polyacrylic acids, polystyrenesulfonic acids and carboxycelluloses, the counterions being from bases organic such as ammonia, amino alcohols (mono, di, or triethanolamine) and quaternary ammonium bases.
- acidic polymer such as polyacrylic acids, polystyrenesulfonic acids and carboxycelluloses
- the counterions being from bases organic such as ammonia, amino alcohols (mono, di, or triethanolamine) and quaternary ammonium bases.
- said macromolecule is a basic polymer such as polyethyleneimine, the counterions being from acids chosen from the group formed in particular by acids carboxylic acids such as citric acid, propionic acid and sebacic acid, and sulfonic acids and phosphonic.
- the material according to the invention is used either in the form of coatings, either by impregnation in a porous body.
- the materials which, according to the invention, constitute sound absorbers with extremely high properties interesting from the point of view of lightness and size, can be divided into three groups.
- a first group consists of acid polymers, such as polyacrylic acid, combined with a base such as triethanolamine.
- the matrix consists of a set of carboxy sites (of negative charges) distributed uniformly along the chains.
- the counterions originating from triethanolamine have polar substituents which can give hydrogen bonds.
- an external force such as a sound wave
- the network of polyacrylic acid deforms and the counterions move to immobilize near the nearest negative charge as soon as the stress ceases (effect thixotropy, mechanical-electrical conversion).
- the material of the invention allows combine two behaviors, one of elastic type more particularly concerning the network of charges electric for low activation energy, the other of thixotropic type, for the highest energies activation (viscosity and electro-mechanical effect).
- the single figure is a diagram showing in function of the frequency F of the sound wave, expressed in Hz, the reflection coefficient R expressed in dB.
- the line curve dashed corresponds to the absorption of sound by a material porous; the solid line curve corresponds to the absorption sound by the same porous material impregnated with a material consisting of polyacrylic acid and of which only 10% of acidic sites are salified with triethanolamine.
- the material of the invention can, as in the example illustrated, be implemented by impregnation in a porous material.
- the counterions come from small organic molecules (mono or polyfunctional) comprising at least one basic site (amine) and possibly the substituents capable of forming the hydrogen bonds.
- a second group of materials is constituted by a basic polymer such as polyethyleneimine, the counterions (mono or polyvalent) coming from small organic molecules (mono or polyfunctional) comprising at least one acid site [carboxy (COOH), sulfo ( SO 3 H), phosphono (PO 3 H)] and optionally substituents capable of forming hydrogen bonds (-OH, -SH, -NH 2 , -COOH, etc.).
- a basic polymer such as polyethyleneimine
- the counterions mono or polyvalent coming from small organic molecules (mono or polyfunctional) comprising at least one acid site [carboxy (COOH), sulfo ( SO 3 H), phosphono (PO 3 H)] and optionally substituents capable of forming hydrogen bonds (-OH, -SH, -NH 2 , -COOH, etc.).
- the counterions can thus be derived from the acid citric, propionic acid and glycolic acid this list is not exhaustive.
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- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Description
La présente invention est relative à l'absorption des
ondes acoustiques dans la gamme audible, comprise entre 20
Hz et 20kHz.
D'une manière générale, les matériaux absorbant les
ondes acoustiques peuvent se classer, en première
approximation, en deux catégories, suivant les modes
d'absorption considérés:
- la résonance, mettant en oeuvre le couple masse-élasticité d'un oscillateur harmonique,
- la dissipation par effets thermique et de viscosité, qu'on rencontre par exemple dans les matériaux poreux.
C'est de cette seconde classe de matériau qu'il est
question.
Un but de la présente invention est de définir un
matériau absorbant les ondes sonores dans le spectre
audible, qui soit aussi léger et aussi peu encombrant que
possible, et qui soit efficace même dans la zone des basses
fréquences du spectre sonore.
L'usage d'un matériau de structure, avec un matériau absorbant de rigidité plus faible pour dissiper l'énergie d'ondes sonores se propageant dans ladite composition est connu de US-A-4 374 172; l'usage d'un matériau thixotropique pour l'absorption acoustique est connu de EP-A-360037.
L'invention a pour objet une composition absorbante
pour ondes sonores, cette composition comportant :
- un matériau de structure conférant une rigidité limitée à ladite composition, et
- un matériau absorbant présentant par lui-même une rigidité plus faible que ladite composition pour dissiper l'énergie d'ondes sonores se propageant dans cette composition, ladite composition étant caractérisée par le fait que ledit matériau absorbant est un matériau thixotropique constitué de macromolécules porteuses de charges électriques d'un même signe et dépourvues de liaisons covalentes mutuelles, ces charges électriques étant neutralisées par des contre-ions mobiles et de petite taille.
De préférence ledit matériau de struture est un
matériau poreux déformable imprégné par ledit matériau
thixotrique.
De préférence encore certains au moins desdits
contre-ions sont porteurs de groupements hydroxyles
permettant des interactions par liaisons hydrogène.
Dans un premier groupe de matériaux selon l'invention,
ladite macromolécule est un polymère acide, tel que les
acides polyacryliques, les acides polystyrènesulfoniques et
les carboxycelluloses, les contre-ions étant issus de bases
organiques telles que l'ammoniac, les amino-alcools (mono,
di, ou triéthanolamine) et les bases ammonium quaternaires.
Dans un second groupe de matériaux selon l'invention,
ladite macromolécule est un polymère basique tel que le
polyéthylène-imine, les contre-ions étant issus d'acides
choisis dans le groupe formé notamment par les acides
carboxyliques tels que l'acide citrique, l'acide propionique
et l'acide sébacique, et les acides sulfoniques et
phosphoniques.
Le matériau selon l'invention est mis en oeuvre soit
sous forme de revêtements, soit par imprégnation dans un
corps poreux.
L'invention est explicitée par divers exemples de
réalisation du matériau absorbant selon l'invention, et on
se référera au dessin annexé dans lequel la figure unique
est un diagramme montrant l'absorption sonore d'un corps
poreux seul et celle du même corps poreux imprégné d'un
matériau selon l'invention.
Les matériaux qui, selon l'invention, constituent des
absorbants sonores ayant des propriétés extrêmement
intéressantes du point de vue de la légèreté et de
l'encombrement, peuvent être divisées en trois groupes.
Un premier groupe est constitué de polymères acides,
tels que l'acide polyacrylique, combiné à une base telle que
la triéthanolamine. Dans cet exemple, la matrice est
constituée d'un ensemble de sites carboxy (de charges
négatives) répartis uniformément le long des chaínes. Les
contre-ions issus de la triéthanolamine (à charge unique
positive) possèdent des substituants polaires pouvant donner
des liaisons hydrogènes. Sous l'effet d'une force extérieure
telle qu'une onde sonore, le réseau d'acide polyacrylique se
déforme et les contre-ions se déplacent pour s'immobiliser
près de la charge négative la plus proche dès que la
contrainte cesse (effet de thixotropie, conversion
mécanique-électrique). Le mouvement des contre-ions porteurs
de groupements OH (par exemple groupements alcools non
ionisés de type -(CH2)x-OH) va entraíner une réorganisation
du réseau de liaisons hydrogène (élongation, rupture,
formation), conduisant à une dissipation de type visqueux.
On voit que le matériau de l'invention permet de
combiner deux comportements, l'un de type élastique
concernant plus particulièrement le réseau de charges
électriques pour de faibles énergie d'activation, l'autre de
type thixotropique, pour les plus fortes énergies
d'activation (viscosité et effet électro-mécanique).
La figure unique est un diagramme montrant en fonction
de la fréquence F de l'onde sonore, exprimée en Hz, le
coefficient de réflexion R exprimé en dB. La courbe en trait
tireté correspond à l'absorption du son par un matériau
poreux; la courbe en trait plein correspond à l'absorption
du son par le même matériau poreux imprégné d'un matériau
constitué d'acide polyacrylique et dont seulement 10% des
sites acides sont salifiés par de la triéthanolamine. On
observe un remarquable pic d'absorption centré sur 1150Hz et
une très bonne atténuation entre 0 et 2000 Hz.
Le matériau de l'invention peut, comme dans l'exemple
illustré, être mis en oeuvre par imprégnation dans un
matériau poreux.
Dans le premier groupe des matériaux de l'invention,
on trouve, comme polymères acides, outre l'acide
polyacrylique, les acides polystyrènesulfoniques et les
carboxycelluloses; cette liste n'est pas limitative.
Les contre-ions (mono ou polyvalents) sont issus de
petites molécules organiques (mono ou polyfonctionnelles)
comprenant au moins un site basique (amine) et
éventuellement les substituants capables de former les
liaisons hydrogène.
On rencontre ainsi comme fournisseurs de contre-ions,
non seulement la triéthanolamine, mais aussi les autres
éthanolamines (mono et di), l'ammoniac et les bases ammonium
quaternaires, cette liste n'étant, là encore, non
limitative.
A titre d'exemple on peut citer:
A titre d'exemple, les substituants capable de former
des liaisons hydrogène peuvent être:
Un second groupe de matériaux est constitué par un
polymère basique tel que le polyéthylèneimine, les contre-ions
(mono ou polyvalents) étant issus de petites molécules
organiques (mono ou polyfonctionnelles) comprenant au moins
un site acide [carboxy (COOH), sulfo (SO3H), phosphono
(PO3H)] et éventuellement des substituants capables de
former des liaisons hydrogène (-OH, -SH, -NH2, -COOH,
etc...).
Les contre-ions peuvent ainsi être issus de l'acide
citrique, de l'acide propionique et de l'acide glycolique
cette liste n'étant pas limitative.
A titre d'exemple, on peut citer les contre-ions
suivants:
On retrouve dans ces matériaux la double fonction
d'atténuation des ondes sonores par thixotropie et par
dissipation visqueuse.
L'invention n'est pas limitée aux matériaux décrits
mais s'applique à tous les matériaux répondant à la
définition donnée par les revendications.
Claims (5)
- Composition absorbante pour ondes sonores, cette composition comportant :un matériau de structure conférant une rigidité limitée à ladite composition, etun matériau absorbant présentant par lui-même une rigidité plus faible que ladite composition pour dissiper l'énergie d'ondes sonores se propageant dans cette composition, ladite composition étant caractérisée par le fait que ledit matériau absorbant est un matériau thixotropique constitué de macromolécules porteuses de charges électriques d'un même signe et dépourvues de liaisons covalentes mutuelles, ces charges électriques étant neutralisées par des contre-ions mobiles et de petite taille.
- Composition selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit matériau de struture est un matériau poreux déformable imprégné par ledit matériau thixotrique.
- Composition selon la revendication 1, caractérisée par le fait que certains au moins desdits contre-ions sont porteurs de groupements hydroxyles permettant des interactions par liaisons hydrogène.
- Composition selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite macromolécule est un polymère acide, tel que les acides polyacryliques, les acides polystyrènesulfoniques et les carboxycelluloses, les contre-ions étant issus de bases organiques telles que l'ammoniac, les amino-alcools (mono, di, ou triéthanolamine) et les bases ammonium quaternaires.
- Composition selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite macromolécule est un polymère basique tel que le polyéthylène-imine, les contre-ions étant issus d'acides choisis notamment dans le groupe formé par les acides carboxyliques tels que l'acide citrique, l'acide propionique, l'acide glycolique et l'acide sébacique, et les acides sulfoniques et phosphoniques.
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