ES2338985T3 - Luna laminada con propiedades de resistencia mecanica y de aislamiento acustico. - Google Patents

Abstract

Un procedimiento de selección de un intercalador destinado a constituir el intercalador de una luna laminada con propiedades de aislamiento acústico y de resistencia mecánica, estando constituida la luna laminada por dos láminas de vidrio (10, 11) y un intercalador (12) monocapa de espesor e y que se presenta bajo la forma de una película polimérica, consistiendo el procedimiento en que - se selecciona en primer lugar el material destinado a formar el intercalador de forma que la luna presente mejores propiedades acústicas, siendo el material adecuado cuando una barra de 9 cm de longitud y de 3 cm de anchura, constituida por un vidrio laminado que comprende dos láminas de vidrio de 4 mm de espesor unidas por dicho intercalador de un espesor de 2 mm, tiene una frecuencia crítica que difiere como máximo en un 35% de la de una barra de vidrio que tiene la misma longitud, la misma anchura y 4 mm de espesor, o bien cuando el material tiene un factor de pérdida tanδ superior a 0,6 y un módulo de cizallamiento G'' comprendido entre 1.106 y 2.107 N/m2, en un dominio de temperatura comprendido entre 10 y 60ºC y en un dominio de frecuencia comprendido entre 50 y 10.000 Hz, y caracterizado porque - se determina a partir del intercalador con ayuda de una máquina de tracción-compresión el valor de la energía crítica Jc del material seleccionado, valor representativo de la energía necesaria para la propagación de una fisura iniciada en el material, y - se determina el espesor e de dicho material de tal modo que el espesor e es al menos igual a eref × (Jref/Jc) para realizar una luna laminada con un intercalador monocapa y que responde a mejores propiedades de acústica y de resistencia mecánica, donde Jref es un valor energético crítico de referencia que corresponde al valor energético crítico de una película en polivinil butiral (PVB) y es igual a 35.100 J/m2 para una temperatura de 20ºC y para una velocidad de estiramiento sobre la película de PVB de 100 mm/min y eref es un espesor de referencia que corresponde al de la película de PVB y es igual a 0,38 mm.

Description

Luna laminada con propiedades de resistencia mecánica y de aislamiento acústico.

La invención se refiere a una luna laminada con propiedades de aislamiento acústico y de resistencia mecánica, que comprende dos láminas de vidrio y un intercalador de espesor e que se presenta bajo la forma de una película polimérica monocapa.

Las lunas laminadas se destinan generalmente a equipar vehículos o edificios para disminuir en el interior, la percepción de los ruidos exteriores. Por otro lado, tienen grandes ventajas desde el punto de vista de su resistencia mecánica. En efecto, durante un choque, antes de la ruptura del vidrio, el intercalador permite de forma ventajosa absorber una parte de la energía por disipación viscosa. El papel del intercalador es igualmente primordial porque asegura en gran parte el mantenimiento de la estructura cuando el vidrio está totalmente fisurado, lo que permite gracias a la adherencia de los trozos de vidrio sobre la película, evitar la proyección de fragmentos de vidrio y en consecuencia el que las personas resulten heridas.

Normalmente se utiliza el polivinil butiral (PVB) por sus prestaciones mecánicas; sin embargo, tiene características acústicas mediocres. Por ello se prefieren a veces resinas especiales por sus mejores prestaciones acústicas.

La elección de la resina del vidrio laminado constituye un criterio esencial del aislamiento fónico de la luna. Esta elección se puede establecer gracias a un método de determinación de la frecuencia crítica del vidrio laminado y de su comparación con la frecuencia crítica de una barra de vidrio. Este método está descrito en la patente
EP-B-0 100 701; una resina se considera adecuada cuando una barra de 9 cm de longitud y de 3 cm de anchura constituida por un vidrio laminado que comprende dos láminas de vidrio de 4 mm de espesor unidas por una capa de dicha resina de 2 mm, tiene una frecuencia crítica que difiere como máximo un 35% de la de una barra de vidrio que tiene la misma longitud y la misma anchura, de 4 mm de espesor.

Sin embargo, estas resinas con altas prestaciones acústicas no siempre tienen las propiedades mecánicas necesarias para sus condiciones de empleo.

Con el fin de reunir las propiedades a la vez acústicas y mecánicas, la patente EP- B- 0 763 420 propone la asociación de una película de polivinil butiral con una película de resina con prestaciones acústicas.

Sin embargo, la asociación de dos películas distintas lleva a un sobrecoste del producto y esencialmente a un aumento del coste de producción de la luna. En efecto, la asociación de varias capas de materiales para el intercalador no permite reciclar individualmente cada material del producto excedente generalmente al final de la línea de fabricación, mientras que se puede llevar a cabo fácilmente la operación de reciclaje, para rentabilizar mejor la producción, cuando el intercalador es monocapa.

La invención tiene por tanto el objeto de proporcionar una luna laminada monolítica, es decir para la que el intercalador es monocapa, con propiedades de aislamiento acústico y propiedades de resistencia mecánica conformes a las esperadas según el plan de seguridad para las lunas de edificios o de automóviles, eligiendo de manera adecuada el material del intercalador.

Con este fin, la invención propone un procedimiento de selección de un intercalador según la reivindicación 1.

Otras características y ventajas de la invención aparecerán tras la lectura de la descripción que sigue con respecto a los dibujos anexos, en los cuales:

- la figura 1 es una vista transversal de una luna laminada simple que presenta una única película como intercalador;

- la figura 2 ilustra un dispositivo experimental para evaluar la resistencia al desgarro del intercalador;

- la figura 3 representa la evolución de la energía del fondo de fisura, fisura que se realiza en el intercalador;

- la figura 4 representa la fuerza de tracción ejercida sobre el intercalador en función de la distancia de estiramiento de este intercalador;

- la figura 5 representa la energía potencial del intercalador en función de la distancia de estiramiento de este intercalador;

- la figura 6 ilustra la reproducibilidad satisfactoria de una prueba de desgarro.

La luna simple laminada 1 representada sobre la figura 1 comprende dos láminas de vidrio 10 y 11, y una película polimérica como intercalador 12. Las láminas de vidrio tienen por ejemplo un espesor, respectivamente, de 6 y 4 mm, mientras que el espesor e del intercalador puede ser variable y viene impuesto según el tipo de material elegido para dicho intercalador.

El espesor e establecido para el intercalador depende en efecto de la resistencia al desgarro del material. La resistencia al desgarro es propia de cada material y se caracteriza por un valor energético representativo de la energía necesaria para la propagación de una fisura iniciada en el material. Esta energía llamada energía crítica J_{c} es diferente para cada tipo de material y es independiente del espesor de la película y se expresa en J/m^{2}.

La resistencia al desgarro del material que se identificará por tanto directamente con la energía crítica J_{c} no se evalúa más que después de la apreciación de las prestaciones acústicas de dicho material. En efecto, la invención se ocupa preferiblemente de elegir en primer lugar el material adecuado para responder a los criterios de aislamiento acústico, y después se ocupa de analizar las prestaciones de resistencia al desgarro de este material con el fin de deducir el espesor e necesario para responder a los criterios de resistencia mecánica.

Para llegar a los criterios de prestaciones acústicas, el intercalador debe cumplir la condición de la frecuencia crítica enunciada en la patente EP-B-0 100 701.

El principio de la medida de la frecuencia crítica del intercalador consiste en efectuar el análisis de las frecuencias de vibración de dos barras sometidas a un choque, una de ellas de vidrio de 9 cm de longitud y de 3 cm de anchura, y la otra de vidrio laminado de las mismas dimensiones y que comprende dos láminas de vidrio de 4 mm de espesor y el intercalador de un espesor e_{1} igual por ejemplo a 2 mm. Se trata de localizar la posición de las frecuencias de resonancia respectivas de las dos barras y de comparar entre ellas las dos frecuencias de resonancia. El material que constituye el intercalador es adecuado cuando su frecuencia de resonancia difiere en menos de un 35% de la del vidrio.

Alternativamente, la solicitud de la patente EP 0 844 075 propone otra técnica de selección para la elección de un intercalador satisfactorio desde el punto de vista acústico. Se trata de evaluar con ayuda de un aparato denominado viscoanalizador la componente elástica (o módulo de cizallamiento) G' y la tangente del ángulo de pérdida (o factor de pérdida) tan\delta del material.

El viscoanalizador permite someter una muestra de material a pruebas de deformaciones en condiciones precisas de temperatura y de frecuencia, y así obtener y tratar el conjunto de las magnitudes reológicas que caracterizan al material. La explotación de los datos brutos de las medidas de fuerza, desplazamiento y desfasado, en función de la frecuencia, a cada temperatura, permite calcular las magnitudes del módulo de cizallamiento G' y de la tangente del ángulo de pérdida tan\delta. Se ha demostrado que un buen intercalador acústico debe poseer un factor de pérdida tan\delta superior a 0,6 y un módulo de cizallamiento G' comprendido entre 1.10^{6} y 2.10^{7} N/m^{2}, en un dominio de temperatura comprendido entre 10 y 60ºC y en un dominio de frecuencia comprendido entre 50 y 10 000 Hz.

Una vez elegido el material del intercalador en razón de sus prestaciones acústicas, se trata de conocer su resistencia mecánica por su comportamiento frente al desgarro. Con este fin, el intercalador retenido de espesor e_{1} se somete a una prueba de desgarro que se explicará más adelante en combinación con un método de cálculo del valor de energía crítica J_{c}.

Después de la evaluación del valor de energía crítica J_{c} propio del material retenido, se calcula la energía crítica con respecto al espesor e_{1} del intercalador \tilde{J}c que se expresa en J/m y es tal que \tilde{J}c= J_{c} x e_{1}. Este valor \tilde{J}e se compara entonces con un valor de referencia \tilde{J}_{ref} que corresponde a un material que responde perfectamente a los criterios de resistencia mecánica sobre el plan de la seguridad para un espesor de referencia e_{ref}. El material de referencia es el polivinil butiral (PVB) de espesor de referencia e_{ref} igual a 0,38 mm.

Si el resultado de comparación cumple la regla \tilde{J}c \geq \tilde{J}_{ref}, el intercalador elegido de espesor e_{1} es adecuado.

En caso contrario, se da al intercalador elegido un espesor e tal, que sea al menos igual a e_{ref} \times \frac{J_{ref}}{J_{c}} con el fin de satisfacer el criterio de resistencia mecánica mínima.

La resistencia al desgarro o energía crítica J_{c} se determina de manera conocida por un método energético fundado sobre la integral de Rice J que define la energía localizada en el fondo de fisura de una película que sufre tensiones muy intensas en el sitio de una fisura. Se escribe bajo la forma matemática simplificada (1):

J = - \frac{1}{e_{1}}\left(\frac{\partial U}{\partial a}\right), para un estiramiento dado \delta de la muestra analizada que será denominado después desplazamiento \delta, y donde

e_{1} es el espesor de la muestra

a, el tamaño de la fisura,

U, la energía potencial de la muestra.

El método avanzado a continuación para el cálculo de la energía de fondo de fisura J es el desarrollado por Tielking.

El dispositivo experimental tal como el ilustrado en la figura 2 es el siguiente:

Se realizan ensayos de tracción por medio de una máquina de tracción-compresión 2 sobre varias muestras, por ejemplo en número de cuatro Ex_{1} a Ex_{4}, de un mismo material y de superficie idéntica a 100 mm^{2} (50 mm de longitud por 20 mm de anchura). Cada muestra se corta según la referencia 20 sobre sus lados y perpendicularmente a la fuerza de tracción, con una longitud de fisuración a distinta para cada muestra Ex_{1} a Ex_{4}, y correspondiente respectivamente a 5, 8, 12 y 15 mm.

Cada muestra Ex se estira perpendicularmente a las fisuras 20 a una velocidad de estiramiento de 100 mm/min y sobre una longitud de estiramiento o distancia \delta dada.

Este método permite establecer una curva de evolución C (figura 3) de la energía J de fondo de fisura en función del estiramiento \delta sufrido por la muestra, y determinar gracias a esta curva la energía crítica Jc de iniciación del desgarro de la muestra.

Es por tanto en este valor crítico Jc en el que el material se desgarra y por consecuencia en el que se deteriora mecánicamente.

La curva C se obtiene después de las etapas que se explican a continuación. Las muestras son películas de polivinil butiral que presentan un espesor de 0,38 mm.

En primer lugar, se traza para cada una de las muestras Ex_{1} a Ex_{4} la curva C1 (figura 4) representativa de la fuerza de tracción ejercida sobre la muestra en función de la distancia de estiramiento \delta sufrido por dicha muestra, distancia que va de 0 a 40 mm.

Gracias a las curvas C1 de las muestras, se deduce además la energía potencial U correspondiente a un desplazamiento \delta dado en función del tamaño a de evolución de la fisura con respecto a su tamaño inicial. La medida de la energía potencial U se obtiene calculando el área A, equivalente a la superficie sombreada en la figura 4, bajo la curva C1 comprendida entre 0 mm y el desplazamiento \delta dado, aquí de 22 mm para la superficie sombreada y correspondiente a la muestra Ex_{4}.

Se han considerado ocho desplazamientos \delta de 3 mm a 22 mm. Se puede trazar entonces para cada uno de los ocho desplazamientos una curva C2 ilustrada en la figura 5, que representa la energía potencial U en función del tamaño a desde el que la fisura ha evolucionado.

La curva C2 representativa de la energía potencial U es una recta; por consiguiente la derivada \left(\frac{\partial U}{\partial a}\right) formulada en la ecuación (1) de la energía J es de hecho la pendiente de la recta C2 y por tanto igual a una constante. Dividiendo esta constante por el espesor e_{1} de la muestra, se calcula el valor de J.

Después del cálculo de cada una de las pendientes correspondientes a los ocho desplazamientos, se establece la curva C (figura 3) representativa de la energía J en función del desplazamiento \delta.

Con ayuda de una cámara de video que visualiza la propagación de la fisura 20, se detecta para qué desplazamiento \delta_{c} comienza el desgarro de la muestra. Con ayuda de la curva C, se deduce a partir de este desplazamiento \delta_{c} el valor correspondiente de la energía crítica J_{c}.

Este método ha sido aplicado a título de ejemplo para la película PVB satisfactoria mecánicamente y que constituye la película de referencia de 0,38 mm de espesor. El desgarro tiene lugar para un desplazamiento \delta_{c} de 12 mm lo que permite llevar a un valor de energía crítica J_{c} igual a 35.100 J/m^{2}, en las condiciones experimentales en las que la temperatura es de 20ºC y la velocidad de estiramiento de 100 mm/mn.

Este valor crítico J_{c} de 35.100 J/m^{2} para el PVB constituye el valor de referencia J_{ref} de la energía por encima del cual todo valor de energía calculado para otro material y según el método explicado anteriormente será considerado correcto de forma que este material sea adecuado para responder a los criterios de resistencia mecánica.

El material elegido, satisfactorio desde el punto de vista acústico, se somete a la misma prueba de resistencia al desgarro explicada anteriormente de manera que se calcule su valor de energía crítica propia J_{c}. Después se calcula como ya se ha explicado anteriormente su energía crítica con respecto a su espesor \tilde{J}e (J_{c} x e_{1}) con el fin de comparar con la de referencia del PVB, es decir \tilde{J}ref= J_{ref} x 0,38 = 35.100 x 0,38 = 13,3 J/m, y deducir el espesor adecuado e cuando el espesor e_{1} es insuficiente.

Se debe observar que el método de Tielking será preferido a otros métodos, tales como el de Hashemi, por su facilidad de aplicación. Además, es fiable ya que es reproducible con una desviación media del 8% al nivel de la evolución global de la energía J en función del desplazamiento. La figura 6 ilustra una serie de tres pruebas similares a la desarrollada antes sobre la evolución de la energía J en función del desplazamiento \delta.

Según un segundo modo de realización, que no se apoya obligatoriamente sobre el espesor que debe tener la película para resistir mecánicamente, el intercalador monocapa comprobado como correcto desde el punto de vista acústico, resiste al desgarro en razón de la composición de su material, material que está compuesto y constituido en particular por un polímero y por fibras de refuerzo encastradas en el polímero tales como las fibras de vidrio.

Claims (1)

1. Un procedimiento de selección de un intercalador destinado a constituir el intercalador de una luna laminada con propiedades de aislamiento acústico y de resistencia mecánica, estando constituida la luna laminada por dos láminas de vidrio (10, 11) y un intercalador (12) monocapa de espesor e y que se presenta bajo la forma de una película polimérica, consistiendo el procedimiento en que

-

se selecciona en primer lugar el material destinado a formar el intercalador de forma que la luna presente mejores propiedades acústicas, siendo el material adecuado cuando una barra de 9 cm de longitud y de 3 cm de anchura, constituida por un vidrio laminado que comprende dos láminas de vidrio de 4 mm de espesor unidas por dicho intercalador de un espesor de 2 mm, tiene una frecuencia crítica que difiere como máximo en un 35% de la de una barra de vidrio que tiene la misma longitud, la misma anchura y 4 mm de espesor, o bien cuando el material tiene un factor de pérdida tan\delta superior a 0,6 y un módulo de cizallamiento G' comprendido entre 1.10^{6} y 2.10^{7} N/m^{2}, en un dominio de temperatura comprendido entre 10 y 60ºC y en un dominio de frecuencia comprendido entre 50 y 10.000 Hz, y caracterizado porque

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se determina a partir del intercalador con ayuda de una máquina de tracción-compresión el valor de la energía crítica J_{c} del material seleccionado, valor representativo de la energía necesaria para la propagación de una fisura iniciada en el material, y

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se determina el espesor e de dicho material de tal modo que el espesor e es al menos igual a e_{ref} \times \frac{J_{ref}}{J_{c}} para realizar una luna laminada con un intercalador monocapa y que responde a mejores propiedades de acústica y de resistencia mecánica, donde J_{ref} es un valor energético crítico de referencia que corresponde al valor energético crítico de una película en polivinil butiral (PVB) y es igual a 35.100 J/m^{2} para una temperatura de 20ºC y para una velocidad de estiramiento sobre la película de PVB de 100 mm/min y e_{ref} es un espesor de referencia que corresponde al de la película de PVB y es igual a 0,38 mm.