EP1899949B1 - Ensemble d'insonorisation, application a l'insonorisation d' espaces clos , et procede de fabrication - Google Patents

Ensemble d'insonorisation, application a l'insonorisation d' espaces clos , et procede de fabrication Download PDF

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EP1899949B1
EP1899949B1 EP06778823.2A EP06778823A EP1899949B1 EP 1899949 B1 EP1899949 B1 EP 1899949B1 EP 06778823 A EP06778823 A EP 06778823A EP 1899949 B1 EP1899949 B1 EP 1899949B1
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EP
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layer
tortuosity
assembly
layers
soundproofing
Prior art date
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EP1899949A1 (fr
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Arnaud Duval
Valérie c/o Faurecia Automotive Industrie MARCEL
Jean-Francois Rondeau
Patrice c/o Faurecia Automotive Ind. CHARBONNIER
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Adler Pelzer France Grand Est SAS
Original Assignee
Faurecia Automotive Industrie SAS
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    • 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
    • G10K11/168—Plural layers of different materials, e.g. sandwiches
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T156/00—Adhesive bonding and miscellaneous chemical manufacture
    • Y10T156/10—Methods of surface bonding and/or assembly therefor
    • Y10T156/1002—Methods of surface bonding and/or assembly therefor with permanent bending or reshaping or surface deformation of self sustaining lamina
    • Y10T156/1028—Methods of surface bonding and/or assembly therefor with permanent bending or reshaping or surface deformation of self sustaining lamina by bending, drawing or stretch forming sheet to assume shape of configured lamina while in contact therewith
    • Y10T156/1031—Methods of surface bonding and/or assembly therefor with permanent bending or reshaping or surface deformation of self sustaining lamina by bending, drawing or stretch forming sheet to assume shape of configured lamina while in contact therewith with preshaping of lamina

Definitions

  • the present invention relates to a soundproofing assembly, essentially intended for the soundproofing of substantially enclosed spaces, such as the passenger compartment of an automobile, the application of a plastic foam of high tortuosity to such soundproofing, and a method of manufacturing such a soundproofing assembly.
  • the invention relates to acoustic problems that arise in a substantially enclosed space, such as the passenger compartment of an automobile, in the vicinity of noise sources such as a motor, the contact of tires with a road, etc.
  • the acoustic waves are "damped" by materials in the form of single or double sheets (sandwich) or by a porosity and elasticity effect of a mass-spring system, in particular with viscoelastic foam.
  • a soundproofing system provides "insulation" when it prevents the entry of mid- and high-frequency sound waves into the soundproofed space, mainly by reflecting waves to sources of noise or the outside of the space soundproofed.
  • a soundproofing system works by "sound absorption” (in the medium and high frequency range) when the energy of the acoustic waves dissipates in an absorbing material.
  • the invention essentially relates to soundproofing in the range of medium and high frequencies.
  • it is relatively simple to obtain good soundproofing at high frequencies with simple means, but in the field of medium frequencies (especially between 400 and 1000 Hz), the problem of soundproofing is all the more acute that the human ear is very sensitive in this frequency range.
  • the various phenomena mentioned above that is to say damping, insulation and absorption, rarely exist in isolated form, and they are most often present to varying degrees.
  • the noise in an enclosed space containing no noise sources is the result of the contributions of all acoustic sources, including the motor of an automobile, and the filtering due to the different actions of the soundproofing materials present. Consequently, the soundproofing of a closed space is the result of many effects, and it is desirable to obtain a good compromise between the soundproofing obtained and the various means used to obtain this soundproofing. For example, it is not necessary to ensure a significant absorption of certain waves in the confined space if they have already been practically eliminated by the insulation.
  • the figure 1 represents an example of mass-spring system conventionally used to provide insulation, particularly at the deck separating the passenger compartment of the engine compartment of an automobile.
  • Reference numeral 10 denotes a support plate.
  • a layer 12 of a spring-effect material such as a foam optionally having viscoelastic properties, carries a layer 14 of a "heavy mass" material, that is to say the layer representing the mass of the material. mass-spring system.
  • a mass-spring system is known for the good insulation it provides.
  • Reference 16 simply designates a decorative layer which has no functional effect in the case under consideration.
  • the document GB-2,163,388 discloses such a mass-spring system whose heavy mass part comprises two layers.
  • the problem posed by the system represented on the figure 1 is that, because of its low absorption, the layer 14 forming heavy mass must have a significant weight. Thus, layers having a density of about 3 to 7 kg / m 2 are commonly used. In addition, such a system is not very effective in the field of medium frequencies.
  • a porous decoupling layer 18 is in contact with the support sheet 10, preferably with partial interposition of air, and is surmounted by a microporous layer of reinforcement 20 and another porous layer 22, possibly with a decorative layer 16.
  • the "heaviest” of the layers is a compressed phenolic felt, and the other a non-compressed flexible felt.
  • the action of this system is due to its double permeability, that is to say the difference in permeability between the porous layers. Its advantage is that it is lightweight, but its disadvantage is that it provides virtually no insulation: it is therefore not suitable when such insulation is necessary, for example for the apron of an automobile.
  • an elaborate soundproofing system which comprises two groups of layers, of which a second group 24 of the mass-spring type comprises a layer 28 of the heavy mass type associated with a porous spring-forming layer 26.
  • This second group constitutes a mass-spring system conventional, but the mass of the heavy layer 28 and the thickness of the spring layer 26 are reduced, for example by a third to half, compared to the conventional system illustrated by the figure 1 .
  • the heavy mass type layer instead of having a density of 6.5 kg / m 2 , can have a mass per unit area of only 4 kg / m 2 . This reduction is possible thanks to the presence of the first group of layers 30.
  • the first group comprises a porous layer 32, of the acoustic spring type, and an outer layer 34 which has a high resistance to the passage of air, and can also optionally be used as an active decoration layer for soundproofing.
  • This outer layer 34 may be formed of a felt having a resistivity to the passage of air of the order of 3 to 20 times greater than that of the other layer 32.
  • This system therefore constitutes a kind of combination of the two systems described with reference to Figures 1 and 2 but with a significantly reduced weight compared to the first system thanks to the lightening of the heavy mass layer 28, and significantly increased efficiency compared to the second system due to the presence of the mass-spring system.
  • the system represented on the figure 3 has excellent soundproofing properties because the group of layers 30, by its effect of absorption especially at medium frequencies, compensates for the weakest effect of isolation provided by the system of the group of layers 24.
  • the invention therefore relates to the application of such a material to the soundproofing of confined spaces, and the application of this material to a soundproofing assembly having an operation similar to that described with reference to the figure 3 and wherein a mass-spring system is associated with a high tortuosity foam layer.
  • “Tortuosity” is a parameter commonly used for the characterization of porous materials.
  • Acoustic absorption in porous media by D. Lafarge, Y. Auregan et al., Communication to the ONERA Congress, January 16, 2003 .
  • This document notably describes the effects of viscous friction, mass inertial effects, heat exchange, and solid losses, and it refers to various parameters such as Darcy permeability, tortuosity and viscous characteristic length.
  • tortuosity can be measured by determining the slope of the curve representing the variation of the square of the refractive index for the acoustic wavelength used as a function of the inverse of the square root of the frequency.
  • tortuosity is related to the shape of the circulation paths in a porous material. Pores crossing rectilinearly a sheet with parallel faces in a direction perpendicular to these faces have a tortuosity equal to 1. Open cell foams commonly used have a tortuosity of between 1 and 1.35.
  • the invention relates to the application of an open-cell plastic foam with tortuosity greater than 1.4 to the soundproofing of substantially closed spaces.
  • this foam advantageously forms a layer associated with a group of layers of type spring-mass comprising a layer having a viscoelastic heavy mass function and a spring layer.
  • the invention also relates to a soundproofing assembly according to claim 1 comprising superimposed layers, of the type which comprises a first group of layers having a good resistance to the passage of air, and a second group of layers with mass-spring function the second group comprising a layer having a viscoelastic heavy mass function and a spring-like layer;
  • the first group of layers comprises a layer of an open-cell foam of high porosity, high tortuosity and good resistance to the passage of air, this layer having, thanks to its high tortuosity, excellent sound absorption properties at medium and high frequencies.
  • the first group of layers comprises only the layer of high tortuosity foam.
  • the high tortuosity foam layer is elastic.
  • the high tortuosity layer has a porosity greater than 0.9, and preferably 0.95.
  • the high tortuosity layer has an air flow resistivity of between 10,000 and 90,000 Ns / m 4 , and preferably of the order of 30,000 Ns / m 4 .
  • the foam of the high tortuosity layer is formed of a plastic material selected from polyurethanes and melamine resins.
  • the viscoelastic heavy mass layer has a mass at least one-third less than the mass of a heavy mass layer of a conventional heavy-mass, spring-loaded insulation system.
  • the spring type layer of the second group of layers has a tortuosity at most equal to 1.4.
  • the high tortuosity layer has a tortuosity of between 1.4 and 3, preferably of the order of 2.
  • the noise sources require greater soundproofing in the low frequency range between 200 and 400 Hz
  • a viscoelastic foam for example with partially closed cells which has the advantage of giving a structural damping in the low frequency range between 200 and 400 Hz and whose loss factor is of the order of 0.2 to 0.45, then that that of the high tortuosity layer is of the order of 0.1 to 0.2.
  • the insulation slope reduction, that is to say the transmission losses, of this viscoelastic layer is compensated by the good insulation slope of the high tortuosity layer.
  • the soundproofing assembly prefferably has a thickness greater than 20 mm.
  • the soundproofing assembly may further comprise a decorative layer on the side of the high tortuosity layer.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a soundproofing assembly according to claim 7 comprising superimposed layers, the assembly being of the type which comprises a first group of layers having a good resistance to the passage of air and of excellent medium and high frequency sound absorption properties, and a second group of spring-mass function layers, the second group having a viscoelastic heavy mass function layer and a spring-like layer; the method comprises forming an initial assembly comprising at least one layer of each of the two groups, and heating the resulting assembly, heating at least one other layer than those of the initial assembly, stacking the initial assembly and the other layer, the arrangement of the stack in a pressing mold, and the association of the layers by pressing the stack.
  • heating at least one other layer comprises heating a spring-like layer.
  • heating a spring-like layer comprises heating a felt.
  • the first group of layers comprises a single layer
  • the formation of the initial set comprises the selection, as a layer of the first group, of a layer of an open cell foam of high porosity and tortuosity.
  • the reference 10 designates, as in the other figures, a sheet intended to carry the soundproofing assembly according to the invention, for example an apron separating a motor compartment of a passenger compartment.
  • This first comprises a second group 24 of layers comprising, as the system of the figure 3 , a first layer 26 forming a spring and a second layer 28 forming a heavy mass.
  • the first spring layer 26 is an open-cell flexible foam, for example of thermoplastic material, having good absorption and mechanical decoupling properties.
  • the material of the layer 28, which is impermeable, contains dense materials, such as waste bitumen, chalk, barium sulfate, linked by a thermoplastic material, for example a polyolefin such as polyethylene.
  • Binder may also be an ethylene-vinyl acetate copolymer, or an ethylene-propylene-diene monomer terpolymer. This set may be similar to that shown on the figure 3 .
  • This second group of layers carries a layer 36, constituting alone a first group of layers and formed of a high tortuosity foam, such as a flexible polyurethane foam having a porosity greater than 0.9 and a tortuosity of about 2 .
  • the high porosity foam and high tortuosity used according to the invention is preferably a polyurethane foam or melamine resin. It can be practically rigid, but it is preferably flexible.
  • a high tortuosity foam is prepared by making the polyurethane with an isocyanate / polyol ratio significantly higher than the values currently used. These values depend on each isocyanate-polyol pair.
  • the resulting foam has pores of irregular distribution, shapes and complex bonds. Its porosity is high, that is to say greater than 0.9, and preferably 0.95, this porosity being determined simply by the ratio of the weight of the foam and the weight of the corresponding non-porous material.
  • Its resistivity to the flow of air is high, between 10 000 and 90 000 Ns / m 4 , and usually of the order of 30 000 Ns / m 4 .
  • An example of such a foam is obtained with 100 parts of polyether polyol and 65 parts of diphenylmethane diisocyanate.
  • the system as represented on the figure 1 (Without the decorative layer 16) included a layer of polyurethane foam 12 of 20 mm thickness, having a basis weight of 1.2 kg / m 2 .
  • the heavy mass layer 14 had a basis weight of 6.5 kg / m 2 .
  • the weight of a soundproofing element of 1 m 2 was therefore 7.7 kg.
  • the layer 26 of spring-effect foam of the same quality as in the system of the figure 1 , had a thickness of 15 mm, and a mass per unit area of 0.9 kg / m 2 .
  • the heavy mass layer 28 had a basis weight reduced to 4 kg / m 2 .
  • the reduction of the mass of this layer was thus accompanied by a reduction in the thickness of the spring foam layer.
  • the third layer 32 consisted of a thermoplastic foam identical to that of layer 26, but with a lower thickness equal to 7 mm, and a surface density of 0.49 kg / m 2 .
  • the outer layer 34 was formed of a felt 5 mm thick. The mass per unit area formed was 5.5 kg.
  • the layers 26 and 28 were the same as in the previous example, and the layer 36 was formed of a tortuosity polyurethane foam close to 2, having a density per unit area of 0.6 kg / m 2 and having a thickness 10 mm.
  • the mass per unit area achieved was also 5.5 kg / m 2 .
  • the foams of the layers 12, 26 and 32 were the same layer of polyurethane foam with a density of 60 kg / m 3 .
  • the known system described with reference to the figure 1 had a weight of 7.7 kg / m 2
  • the systems represented on the one hand on the figure 3 and secondly on the figure 4 had a weight of 5.5 kg / m 2 , a weight reduction of 28% compared to the system of the figure 1 .
  • the known system of the figure 3 requires a relatively elaborate manufacturing process in two stages, due to the necessary arrangement of four layers. In practice, the two successive steps are performed in separate installations, so that the cost of the whole obtained is high.
  • the assembly represented on the figure 4 (excluding sheet 10) can be manufactured in a single operation when the foam has been prepared and only has to be associated, or in a single installation in two related operations, less expensive than two separate operations when the high tortuosity foam is prepared at the same time.
  • FIGS. 5 to 8 are sections illustrating the various phases of the process, and the figure 9 is a plan view of an installation allowing the execution of the following operations.
  • the heavy mass layer 28 is laid on the high tortuosity foam layer 36 to form an initial assembly 42.
  • the layer 28 comprises, on the opposite side to the foam layer 36, a hot melt material.
  • the assembly 42 thus obtained is subjected to infrared heating in an infrared oven 44.
  • a spring felt forming the layer 26 is subjected to heating in a hot air circulating oven 46, then is transmitted to form, together with the initial assembly leaving the oven 44, a sandwich assembly preheated 48 comprises the two layers 28, 36 heated in the oven 44 surmounted by the spring layer 26 which has been heated.
  • the preheated sandwich assembly 48 is transmitted to the mold 38, 40 of a press 50 which is under the control of an operator 52.
  • the press 50 comprises, as indicated on the figure 8 , a lower mold 38, preferably having vacuum transmission channels, and an upper mold 40.
  • the mold 38, 40 used in the press 50 comprises an incorporated cutting device
  • the parts of desired shape are directly obtained.
  • the pieces leaving the press 50 are transmitted to a cutting apparatus 54.
  • the method is also very advantageous when the first layer consists of a simple felt.
  • the advantage of the method described is that it allows the obtaining of the desired parts using a single installation comprising a single mold. This arrangement allows a significant reduction in manufacturing costs.
  • the described method thus makes it possible to take advantage of the reduction in weight indicated above. It allows to make flat or shaped pieces.
  • the installation used for its implementation can also be used in the case of the application of the method to four-layer soundproofing assemblies described above with reference to the aforementioned document WO 03/069 596 , and it allows or not the integration of the cutting system to the installation.
  • the soundproofing assemblies according to the invention can be manufactured at a cost that is much lower than that of the assemblies shown in FIG. figure 3 , and even a little less or at least comparable to that of the sets represented on the figure 1 .
  • weight reduction is very important and therefore corresponds to a reduction in consumption and pollution of the vehicles in which these systems are used.
  • the invention gives much better acoustic properties, since the system of the figure 2 does not provide sufficient insulation.
  • the invention has much wider applications: in an automobile, it is particularly suitable for the floor, the roof, any internal surface to the passenger compartment, but it is also suitable generally speaking to any substantially enclosed space that is in the vicinity of external noise sources.

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Description

  • La présente invention concerne un ensemble d'insonorisation, essentiellement destiné à l'insonorisation d'espaces sensiblement clos, tels que l'habitacle d'une automobile, l'application d'une mousse de matière plastique de tortuosité élevée à une telle insonorisation, et un procédé de fabrication d'un tel ensemble d'insonorisation.
  • L'invention concerne les problèmes acoustiques qui se posent dans un espace sensiblement clos, tel que l'habitacle d'une automobile, au voisinage de sources de bruit telles qu'un moteur, le contact de pneumatiques avec une route, etc.
  • Avant la description de la technique antérieure, il convient de définir quelques termes utiles pour la compréhension de l'invention.
  • En général, dans le domaine des basses fréquences, les ondes acoustiques subissent un "amortissement" par des matériaux sous forme de feuilles simples ou doubles (sandwich) ou par un effet de porosité et d'élasticité d'un système masse-ressort, notamment à mousse viscoélastique.
  • Un système d'insonorisation assure une "isolation" lorsqu'il empêche l'entrée d'ondes acoustiques à moyennes et hautes fréquences dans l'espace insonorisé, essentiellement par réflexion des ondes vers les sources de bruit ou l'extérieur de l'espace insonorisé.
  • Un système insonorisant fonctionne par "absorption acoustique" (dans le domaine des moyennes et hautes fréquences) lorsque l'énergie des ondes acoustiques se dissipe dans un matériau absorbant.
  • L'invention concerne essentiellement l'insonorisation dans la gamme des moyennes et hautes fréquences. En général, il est relativement simple d'obtenir une bonne insonorisation à hautes fréquences avec des moyens simples, mais, dans le domaine des moyennes fréquences (surtout entre 400 et 1 000 Hz), le problème de l'insonorisation est d'autant plus aigu que l'oreille humaine est très sensible dans cette gamme de fréquences.
  • Bien entendu, les différents phénomènes précités, c'est-à-dire l'amortissement, l'isolation et l'absorption, existent rarement sous forme isolée, et ils sont le plus souvent présents à des degrés divers. Ainsi, le bruit dans un espace clos ne contenant pas de sources de bruit est le résultat des contributions de toutes les sources acoustiques, notamment du moteur d'une automobile, et du filtrage dû aux différentes actions des matériaux insonorisants présents. En conséquence, l'insonorisation d'un espace clos est la résultante de nombreux effets, et il est souhaitable d'obtenir un bon compromis entre l'insonorisation obtenue et les divers moyens mis en oeuvre pour l'obtention de cette insonorisation. Par exemple, il n'est pas nécessaire d'assurer une absorption importante de certaines ondes dans l'espace clos si celles-ci ont été déjà pratiquement éliminées par l'isolation.
  • On considère maintenant les principales solutions qui ont été mises en oeuvre antérieurement, en référence aux figures 1 à 3 des dessins annexés.
  • La figure 1 représente un exemple de système masse-ressort utilisé de façon classique pour assurer l'isolation, notamment au niveau du tablier séparant l'habitacle du compartiment moteur d'une automobile. La référence 10 désigne une tôle de support. Une couche 12 d'un matériau à effet ressort, telle qu'une mousse ayant éventuellement des propriétés viscoélastiques, porte une couche 14 d'un matériau du type "masse lourde", c'est-à-dire la couche représentant la masse du système masse-ressort. Un tel système masse-ressort est connu pour la bonne isolation qu'il assure. La référence 16 désigne simplement une couche de décoration qui n'a pas d'effet fonctionnel dans le cas considéré.
  • Le document GB-2 163 388 décrit un tel système masse-ressort dont la partie de masse lourde comporte deux couches.
  • Le problème posé par le système représenté sur la figure 1 est que, du fait de sa faible absorption, la couche 14 formant masse lourde doit avoir un poids important. Ainsi, on utilise couramment des couches ayant une masse surfacique de l'ordre de 3 à 7 kg/m2. En outre, un tel système est peu efficace dans le domaine des moyennes fréquences.
  • Comme on cherche à alléger les automobiles pour des raisons de réduction de consommation, de pollution, etc., on a proposé un système tel que représenté sur la figure 2, par exemple dans le document WO 98/18 657 . Dans ce système "à double perméabilité", une couche poreuse de découplage 18 est au contact de la tôle 10 de support, de préférence avec interposition partielle d'air, et elle est surmontée d'une couche microporeuse éventuelle d'armature 20 et d'une autre couche poreuse 22, avec éventuellement une couche de décoration 16. Dans un exemple, la plus "lourde" des couches est un feutre phénolique comprimé, et l'autre un feutre souple non comprimé. L'action de ce système est dû à sa double perméabilité, c'est-à-dire à la différence de perméabilité entre les couches poreuses. Son avantage est qu'il est léger, mais son inconvénient est qu'il n'assure pratiquement pas d'isolation : il ne convient donc pas lorsqu'une telle isolation est nécessaire, par exemple pour le tablier d'une automobile.
  • On connaît aussi, d'après le document WO 03/069 596 , un système d'insonorisation élaboré qui comprend deux groupes de couches, dont un second groupe 24 du type masse-ressort comprend une couche 28 de type masse lourde associée à une couche poreuse formant ressort 26. Ce second groupe constitue un système masse-ressort classique, mais la masse de la couche lourde 28 et l'épaisseur de la couche formant ressort 26 sont réduites, par exemple d'un tiers à la moitié, par rapport au système classique illustré par la figure 1. Par exemple, la couche de type masse lourde, au lieu d'avoir une masse surfacique de 6,5 kg/m2, peut posséder une masse surfacique de 4 kg/m2 seulement. Cette réduction est possible grâce à la présence du premier groupe de couches 30.
  • Le premier groupe comprend une couche poreuse 32, de type ressort acoustique, et une couche extérieure 34 qui présente une résistance élevée au passage de l'air, et peut aussi éventuellement être utilisée comme couche de décoration active pour l'insonorisation. Cette couche extérieure 34 peut être formée d'un feutre ayant une résistivité au passage de l'air de l'ordre de 3 à 20 fois supérieure à celle de l'autre couche 32.
  • Ce système constitue donc une sorte de combinaison des deux systèmes décrits en référence aux figures 1 et 2, mais avec un poids nettement réduit par rapport au premier système grâce à l'allégement de la couche 28 de type masse lourde, et une efficacité nettement accrue par rapport au second système grâce à la présence du système masse-ressort.
  • Le système représenté sur la figure 3 présente d'excellentes propriétés d'insonorisation car le groupe de couches 30, par son effet d'absorption surtout aux moyennes fréquences, compense le plus faible effet d'isolation assuré par le système du groupe de couches 24.
  • La contrepartie de l'efficacité du système de la figure 3 est son coût relativement élevé. En effet, sa fabrication nécessite un procédé en deux étapes successives effectuées dans des installations séparées dont le coût est élevé.
  • On s'est rendu compte de façon surprenante selon l'invention que l'effet d'absorption, notamment aux moyennes fréquences, obtenu avec le groupe de couches 30 de la figure 3, c'est-à-dire l'effet de deux couches superposées ayant des résistances très différentes au passage de l'air, pouvait être obtenu avec une seule couche de mousse de caractéristiques particulières. Ces caractéristiques particulières sont une porosité élevée et surtout une tortuosité élevée, ces caractéristiques pouvant être obtenues avec une seule couche de mousse.
  • L'invention concerne donc l'application d'un tel matériau à l'insonorisation des espaces clos, et l'application de ce matériau à un ensemble d'insonorisation ayant un fonctionnement analogue à celui qu'on a décrit en référence à la figure 3, et dans lequel un système masse-ressort est associé à une couche de mousse de tortuosité élevée.
  • La "tortuosité" est un paramètre couramment utilisé pour la caractérisation des matériaux poreux. Pour la description des différents paramètres utilisés pour définir les phénomènes d'absorption acoustique des milieux poreux, on peut se référer au document "Absorption acoustique dans les milieux poreux", de D. Lafarge, Y. Auregan et al., Communication au Congrès ONERA, 16 janvier 2003. Ce document décrit notamment les effets de frottement visqueux, les effets inertiels de masse, les échanges thermiques, et les pertes solidiennes, et il se réfère à différents paramètres tels que la perméabilité de Darcy, la tortuosité et la longueur caractéristique visqueuse.
  • On sait que la tortuosité peut être mesurée par détermination de la pente de la courbe représentant la variation du carré de l'indice de réfraction pour la longueur d'onde acoustique utilisée en fonction de l'inverse de la racine carrée de la fréquence. En pratique, la tortuosité est liée à la forme des trajets de circulation dans un matériau poreux. Des pores traversant de façon rectiligne une feuille à faces parallèles en direction perpendiculaire à ces faces ont une tortuosité égale à 1. Les mousses à cellules ouvertes couramment utilisées ont une tortuosité comprise entre 1 et 1,35.
  • Selon l'invention, on utilise, pour la couche unique jouant le rôle des deux couches 32 et 34 du système décrit en référence à la figure 3, une couche unique d'une mousse ayant une tortuosité supérieure à 1,4, pouvant atteindre 3 et de préférence de l'ordre de 2. C'est la combinaison d'une porosité élevée (au moins égale à 0,9 et de préférence à 0,95) et de la tortuosité élevée (supérieure à 1,4) qui donne ces propriétés élevées d'absorption acoustique à ce matériau.
  • Plus précisément, l'invention concerne l'application d'une mousse de matière plastique à cellules ouvertes de tortuosité supérieure à 1,4 à l'insonorisation d'espaces sensiblement clos.
  • Dans cette application, cette mousse forme avantageusement une couche associée à un groupe de couches de type masse-ressort comprenant une couche ayant une fonction de masse lourde viscoélastique et une couche formant ressort.
  • L'invention concerne aussi un ensemble d'insonorisation selon la revendication 1 comprenant des couches superposées, du type qui comporte un premier groupe de couches ayant une bonne résistance au passage de l'air, et un second groupe de couches à fonction masse-ressort, le second groupe comportant une couche ayant une fonction de masse lourde viscoélastique et une couche de type ressort ; selon l'invention, le premier groupe de couches comprend une couche d'une mousse à cellules ouvertes de porosité élevée, de tortuosité élevée et de bonne résistance au passage de l'air, cette couche ayant, grâce à sa tortuosité élevée, d'excellentes propriétés d'absorption acoustique aux fréquences moyennes et hautes.
  • De préférence, le premier groupe de couches ne comprend que la couche de mousse de tortuosité élevée.
  • Dans un mode de réalisation avantageux, la couche de mousse de tortuosité élevée est élastique.
  • La couche de tortuosité élevée a une porosité supérieure à 0,9, et de préférence à 0,95.
  • La couche de tortuosité élevée a une résistivité à l'écoulement de l'air comprise entre 10 000 et 90 000 N.s/m4, et de préférence de l'ordre de 30 000 N.s/m4.
  • De préférence, la mousse de la couche de tortuosité élevée est formée d'une matière plastique choisie parmi les polyuréthannes et les résines mélamines.
  • De préférence, la couche de masse lourde viscoélastique a une masse inférieure d'un tiers au moins à la masse d'une couche de masse lourde d'un système d'isolation classique à masse lourde et ressort.
  • De préférence, la couche de type ressort du second groupe de couches a une tortuosité au plus égale à 1,4. La couche de tortuosité élevée a une tortuosité comprise entre 1,4 et 3, de préférence de l'ordre de 2.
  • Dans le cas où les sources de bruit nécessitent une plus grande insonorisation dans la plage des basses fréquences entre 200 et 400 Hz, il est possible d'utiliser, pour la couche de type ressort, une mousse viscoélastique (par exemple à cellules partiellement fermées) qui a l'avantage de donner un amortissement structural dans la plage des basses fréquences entre 200 et 400 Hz et dont le facteur de pertes est de l'ordre de 0,2 à 0,45, alors que celui de la couche de tortuosité élevée est de l'ordre de 0,1 à 0,2. La réduction de pente d'isolation, c'est-à-dire des pertes par transmission, de cette couche viscoélastique est compensée par la bonne pente d'isolation de la couche de tortuosité élevée.
  • Il est avantageux que l'ensemble d'insonorisation ait une épaisseur supérieure à 20 mm.
  • L'ensemble d'insonorisation peut en outre comporter une couche de décoration du côté de la couche de tortuosité élevée.
  • L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'un ensemble d'insonorisation selon la revendication 7 comprenant des couches superposées, l'ensemble étant du type qui comporte un premier groupe de couches ayant une bonne résistance au passage de l'air et d'excellentes propriétés d'absorption acoustique aux fréquences moyennes et hautes, et un second groupe de couches à fonction masse-ressort, le second groupe comportant une couche ayant une fonction de masse lourde viscoélastique et une couche de type ressort ; le procédé comprend la formation d'un ensemble initial comprenant au moins une couche de chacun des deux groupes, et le chauffage de l'ensemble obtenu, le chauffage d'au moins une autre couche que celles de l'ensemble initial, l'empilement de l'ensemble initial et de l'autre couche, la disposition de l'empilement dans un moule de pressage, et l'association des couches par pressage de l'empilement.
  • De préférence, le chauffage d'au moins une autre couche comprend le chauffage d'une couche de type ressort. De préférence, le chauffage d'une couche de type ressort comprend le chauffage d'un feutre.
  • De préférence, le premier groupe de couches comporte une seule couche, et la formation de l'ensemble initial comprend la sélection, comme couche du premier groupe, d'une couche d'une mousse à cellules ouvertes de porosité et de tortuosité élevées.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
    • les figures 1 à 3, déjà décrites, représentent les structures de trois systèmes connus d'insonorisation ; et
    • la figure 4 est une coupe schématique d'un ensemble d'insonorisation selon l'invention, disposé sur une tôle de support.
  • Sur la figure 4, la référence 10 désigne, comme sur les autres figures, une tôle destinée à porter l'ensemble d'insonorisation selon l'invention, par exemple un tablier séparant un compartiment moteur d'un habitacle d' automobile. Celui-ci comprend d'abord un second groupe 24 de couches comprenant, comme le système de la figure 3, une première couche 26 formant ressort et une seconde couche 28 formant masse lourde. La première couche 26 formant ressort est une mousse souple à cellules ouvertes, par exemple de matière thermoplastique, ayant de bonnes propriétés d'absorption et de découplage mécanique. Le matériau de la couche 28, qui est imperméable, contient des matériaux denses, tels que des déchets de bitume, de la craie, du sulfate de baryum, liés par une matière thermoplastique, par exemple une polyoléfine telle que le polyéthylène. On peut aussi citer comme liant un copolymère éthylène-acétate de vinyle, ou un terpolymère éthylène-propylène-diène monomère. Cet ensemble peut être analogue à celui qui est représenté sur la figure 3. Ce second groupe de couches porte une couche 36, constituant à elle seule un premier groupe de couches et formée d'une mousse de tortuosité élevée, telle qu'une mousse souple de polyuréthanne de porosité supérieure à 0,9 et de tortuosité voisine de 2.
  • La mousse de porosité élevée et de tortuosité élevée utilisée selon l'invention est de préférence une mousse de polyuréthanne ou de résine de mélamine. Elle peut être pratiquement rigide, mais elle est de préférence souple. Dans un exemple, on prépare une telle mousse de tortuosité élevée par fabrication du polyuréthanne avec un rapport isocyanate/polyol nettement supérieur aux valeurs couramment utilisées. Ces valeurs dépendent de chaque couple isocyanate-polyol. La mousse obtenue a des pores de distribution irrégulière, de formes et de liaisons complexes. Sa porosité est élevée, c'est-à-dire supérieure à 0,9, et de préférence à 0,95, cette porosité étant déterminée simplement par le rapport du poids de la mousse et du poids de la matière correspondante non poreuse. Sa résistivité à l'écoulement de l'air est élevée, comprise entre 10 000 et 90 000 N.s/m4, et habituellement de l'ordre de 30 000 N.s/m4. Un exemple d'une telle mousse est obtenu avec 100 parties de polyéther polyol et de 65 parties de di-isocyanate de diphénylméthane.
  • On considère maintenant des essais qui ont été réalisés dans une installation simulant le tablier d'une automobile. Des ensembles ont été réalisés avec les systèmes des figures 1, 3 et 4 ayant des configurations donnant toutes des performances acoustiques pratiquement équivalentes. Ces performances correspondaient à une réduction de bruit de 38 dB à 400 Hz, de 50 dB à 500 Hz, et de 57 dB environ dans la plage de 800 Hz à 1 250 Hz environ, la réduction étant encore plus importante aux fréquences supérieures.
  • Pour l'obtention de ces performances, le système tel que représenté sur la figure 1 (sans la couche de décoration 16) comprenait une couche de mousse de polyuréthanne 12 de 20 mm d'épaisseur, ayant une masse surfacique de 1,2 kg/m2. La couche 14 de masse lourde, avait une masse surfacique de 6,5 kg/m2. Le poids d'un élément insonorisant de 1 m2 était donc de 7,7 kg.
  • Dans l'exemple de la figure 3, la couche 26 de mousse à effet ressort, de même qualité que dans le système de la figure 1, avait une épaisseur de 15 mm, et une masse surfacique de 0,9 kg/m2. La couche de type masse lourde 28 avait une masse surfacique réduite à 4 kg/m2. La réduction de la masse de cette couche s'accompagnait ainsi d'une réduction de l'épaisseur de la couche de mousse ressort. La troisième couche 32 était constituée d'une mousse thermoplastique identique à celle de la couche 26, mais d'épaisseur plus faible égale à 7 mm, et de masse surfacique égale à 0,49 kg/m2. La couche extérieure 34 était formée d'un feutre de 5 mm d'épaisseur. La masse surfacique de l'ensemble formé était de 5,5 kg.
  • Dans l'exemple ayant la structure de la figure 4, les couches 26 et 28 étaient les mêmes que dans l'exemple précédent, et la couche 36 était formée d'une mousse de polyuréthanne de tortuosité voisine de 2, ayant une masse surfacique de 0,6 kg/m2 et ayant une épaisseur de 10 mm. La masse surfacique de l'ensemble réalisé était aussi de 5,5 kg/m2.
  • Dans les trois réalisations, les mousses des couches 12, 26 et 32 étaient une même couche de mousse de polyuréthanne de masse volumique de 60 kg/m3.
  • Ainsi, pour des performances acoustiques identiques aux fréquences moyennes et élevées, le système connu décrit en référence à la figure 1 avait un poids de 7,7 kg/m2, et les systèmes représentés d'une part sur la figure 3 et d'autre part sur la figure 4 avaient un poids de 5,5 kg/m2, soit une réduction de poids de 28 % par rapport au système de la figure 1.
  • Le système connu de la figure 3 nécessite un procédé de fabrication relativement élaboré en deux étapes, du fait de la disposition nécessaire de quatre couches. En pratique, les deux étapes successives sont effectuées dans des installations séparées, si bien que le coût de l'ensemble obtenu est élevé.
  • Avec le système décrit en référence à l'invention, l'ensemble représenté sur la figure 4 (à l'exclusion de la tôle 10) peut être fabriqué en une seule opération lorsque la mousse a été préparée et n'a plus qu'à être associée, ou dans une seule installation en deux opérations liées, moins coûteuses que deux opérations séparées, lorsque la mousse de tortuosité élevée est préparée en même temps.
  • On décrit maintenant un de ces procédés de fabrication de l'ensemble d'insonorisation représenté sur la figure 4, dans un mode d'exécution d'un procédé selon l'invention.
  • Les figures 5 à 8 sont des coupes illustrant les diverses phases du procédé, et la figure 9 est une vue en plan d'une installation permettant l'exécution de la suite des opérations.
  • La couche de masse lourde 28 est posée sur la couche 36 de mousse à tortuosité élevée pour former un ensemble initial 42. La couche 28 comporte, du côté opposé à la couche 36 de mousse, une matière thermofusible. L'ensemble 42 ainsi obtenu est soumis à un chauffage infrarouge dans une étuve infrarouge 44.
  • Par ailleurs, un feutre formant ressort, constituant la couche 26, est soumis à un chauffage dans une étuve à circulation d'air chaud 46, puis est transmis pour former, avec l'ensemble initial sortant de l'étuve 44, un ensemble sandwich préchauffé 48 comprend les deux couches 28, 36 chauffées dans l'étuve 44 surmontées de la couche formant ressort 26 qui a été chauffée. L'ensemble sandwich préchauffé 48 est transmis au moule 38, 40 d'une presse 50 qui est sous la commande d'un opérateur 52.
  • La presse 50 comporte, comme indiqué sur la figure 8, un moule inférieur 38, ayant avantageusement des canaux de transmission de vide, et un moule supérieur 40.
  • Dans le cas où le moule 38, 40 utilisé dans la presse 50 comporte un dispositif incorporé de coupe, les pièces de forme voulue sont directement obtenues. Dans le cas contraire, les pièces sortant de la presse 50 sont transmises à un appareil de coupe 54.
  • Bien qu'on ait décrit cet exemple de procédé dans le cas où la première couche mise en place est la couche 36 de tortuosité élevée, le procédé est aussi très avantageux lorsque la première couche est constituée d'un simple feutre.
  • L'avantage du procédé décrit est qu'il permet l'obtention des pièces voulues avec utilisation d'une seule installation comprenant un seul moule. Cette disposition permet une réduction notable des coûts de fabrication.
  • Le procédé décrit permet ainsi de tirer avantage de la réduction de poids indiquée précédemment. Il permet de réaliser des pièces plates ou en forme. L'installation utilisée pour sa mise en oeuvre peut aussi être utilisée dans le cas de l'application du procédé à des ensembles d'insonorisation à quatre couches décrits précédemment en référence au document précité WO 03/069 596 , et il permet ou non l'intégration du système de coupe à l'installation.
  • Grâce à ce procédé de fabrication simplifié et à la plus faible consommation de matières (réduction de poids), les ensembles d'insonorisation selon l'invention peuvent être fabriqués à un coût très inférieur à celui des ensembles représentés sur la figure 3, et même un peu inférieur ou au moins comparable à celui des ensembles représentés sur la figure 1.
  • On peut aussi noter que les ensembles des deux modes de réalisation des figures 3 et 4 donnent des résultats identiques avec des structures dont la seule différence est le remplacement de deux couches (32, 34) de la figure 3 par une seule couche (36) de la figure 4, avec pratiquement la même épaisseur. On ne peut donc pas considérer que le système de la figure 4 est un système "dégradé" par rapport à celui de la figure 3 : au contraire, il constitue un perfectionnement puisque, pour des résultats acoustiques équivalents, il simplifie la fabrication et réduit significativement le coût.
  • On peut enfin noter que la fabrication des ensembles d'insonorisation réalisés selon l'invention se prête bien à la formation d'orifices bien adaptés au passage des éléments devant traverser l'ensemble, tels une colonne de direction, des pédales de frein et d'accélérateur, etc.
  • En conséquence, grâce à l'utilisation de cette mousse de tortuosité élevée, il est possible d'obtenir des propriétés aussi bonnes que celles que donne le système connu décrit en référence à la figure 3, mais à un coût bien moindre que celui de ce système.
  • Par rapport au système connu représenté sur la figure 1, la réduction de poids est très importante et correspond donc à une réduction de consommation et de pollution des véhicules dans lesquels ces systèmes sont utilisés.
  • Par rapport au système de la figure 2, l'invention donne des propriétés acoustiques bien meilleures, puisque le système de la figure 2 ne permet pas d'obtenir une isolation suffisante.
  • Bien qu'on se soit référé au tablier d'une automobile, l'invention a des applications bien plus étendues : dans une automobile, elle convient notamment au plancher, au toit, à toute surface interne à l'habitacle, mais elle convient aussi de façon générale à tout espace sensiblement clos qui se trouve au voisinage de sources de bruit extérieur.

Claims (9)

  1. Ensemble d'insonorisation comprenant des couches superposées, comportant :
    - une première couche (36) et
    - un second groupe (24) de couches à fonction masse- ressort, le second groupe comportant une couche (28) ayant une fonction de masse lourde viscoélastique et une couche (26) de type ressort,
    la première couche (36) étant posée sur la couche ayant une fonction de masse lourde viscoélastique (28),
    caractérisé en ce que la première couche (36) est une mousse à cellules ouvertes caractérisée par sa porosité, sa tortuosité et sa résistivité à l'écoulement de l'air, cette couche (36) ayant, grâce à sa tortuosité, des propriétés d'absorption acoustique aux fréquences moyennes et hautes,
    la première couche (36) ayant une porosité supérieure à 0,9, une résistivité à l'écoulement de l'air comprise entre 10 000 et 90 000 N. s/m4 et une tortuosité comprise entre 1,4 et 3.
  2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première couche (36) de mousse est élastique.
  3. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la mousse de la première couche (36) est formée d'une matière plastique choisie parmi les polyuréthannes et les résines mélamines.
  4. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche (26) de type ressort du second groupe de couches a une tortuosité au plus égale à 1,4.
  5. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il a une épaisseur supérieure à 20 mm.
  6. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est constitué de la première couche et du second groupe de couches à fonction masse-ressort
  7. Procédé de fabrication d'un ensemble d'insonorisation comprenant des couches superposées , l'ensemble comportant :
    - une première couche (36) et
    - un second groupe (24) de couches à fonction masse- ressort, le second groupe comportant une couche (28) ayant une fonction de masse lourde viscoélastique et une couche (26) de type ressort,
    la première couche (36) étant posée sur la couche ayant une fonction de masse lourde viscoélastique (28),
    la première couche (36) étant une mousse à cellules ouvertes caractérisée par sa porosité, sa tortuosité et sa résistivité à l'écoulement de l'air, cette couche (36) ayant, grâce à sa tortuosité, des propriétés d'absorption acoustique aux fréquences moyennes et hautes,
    la première couche (36) ayant une porosité supérieure à 0,9, une résistivité à l'écoulement de l'air comprise entre 10 000 et 90 000 N. s/m4 et une tortuosité comprise entre 1,4 et 3,
    caractérisé en ce que le procédé comprend :
    - la formation d'un ensemble initial comprenant au moins la première couche (36) et une couche du deuxième groupe, et le chauffage de l'ensemble obtenu,
    - le chauffage d'au moins une autre couche (26) que celles de l'ensemble initial,
    - l'empilement de l'ensemble initial et de l'autre couche,
    - la disposition de l'empilement dans un moule de pressage (38, 40), et
    - l'association des couches par pressage de l'empilement.
  8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le chauffage d'au moins une autre couche comprend le chauffage d'une couche (26) de type ressort.
  9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le chauffage d'une couche (26) de type ressort comprend le chauffage d'un feutre .
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