Avantages de la mousse de polyuréthane pour l'étanchéité, la gestion des vibrations et le contrôle de l'énergie

Le bruit, les vibrations et les chocs représentent des transferts d'énergie indésirables qui posent des problèmes dans la conception électronique moderne. Leurs effets peuvent être aussi bien gênants que catastrophiques. La plupart des solutions font appel à de la mousse à absorption d'énergie dans différentes formes, densités et épaisseurs, utilisée comme joints, butées et panneaux d'amortissement. Ces mousses à absorption d'énergie sont disponibles auprès de sociétés comme Aearo Technologies, une filiale de 3M, et commercialisées sous la marque E-A-R (Energy Absorbing Resins).

J'ai été témoin d'un excellent exemple des produits à absorption d'énergie de cette société. Dans une vie antérieure, j'ai travaillé pour une entreprise qui concevait et fabriquait des analyseurs de spectre basses fréquences. L'une des principales applications était la mesure des chocs et des vibrations. C'est à cette époque que j'ai connu la marque E-A-R : elle fabriquait des produits à absorption d'énergie qui transformaient l'énergie mécanique (chocs et vibrations) en chaleur.

L'un des événements auxquels j'ai participé se tenait dans un country club. La société E-A-R présentait ses produits à absorption d'énergie en proposant des balles de golf fabriquées grâce à sa technologie. Si l'une de ces balles de golf tombait au sol, elle s'immobilisait, sans rebondir du tout. Si on la frappait avec un club, elle était propulsée et retombait comme une pierre : c'était assez étonnant à voir. Heureusement, elles étaient peintes en bleu E-A-R et ne pouvaient donc pas être confondues avec des balles de golf normales. C'était un bel exemple de ce que les produits à absorption d'énergie E-A-R pouvaient faire.

Absorption d'énergie avec forme constante et tolérance de température

Aujourd'hui, l'ISOLOSS LS de 3M est une mousse de polyuréthane microcellulaire à cellules ouvertes. Il s'agit d'un matériau durable qui absorbe l'énergie, avec une faible déformation rémanente à la compression et une déformation par force uniforme, utilisable sur une vaste plage de températures.

Cette technologie est disponible en plusieurs densités et épaisseurs (Figure 1). Les joints peuvent isoler les vibrations mécaniques d'un ventilateur, les bandes en mousse peuvent combler les espaces dans des panneaux d'accès, les feuilles peuvent atténuer les vibrations dans les parois et les portes d'une enceinte, et les butées peuvent amortir les chocs.

Figure 1 : Les produits en mousse ISOLOSS LS sont disponibles en plusieurs densités et épaisseurs, offrant une grande flexibilité de conception. (Source de l'image : 3M)

La mousse de polyuréthane est utilisée dans trois catégories d'applications différentes : étanchéité, rembourrage et soutien, et contrôle de l'énergie. L'étanchéité nécessite de combler des espaces, d'absorber les chocs et les vibrations mécaniques, et de créer un joint entre des surfaces en contact. Le joint d'un support de filtre de climatiseur utilise de la mousse de polyuréthane pour sceller le logement du filtre et maintenir le filtre en place. Le rembourrage et le soutien consistent à isoler les objets les uns des autres, comme une butée sur une porte fermant un interrupteur pour contrôler la fermeture de la porte. La butée protège l'interrupteur, réduisant ainsi le choc lors de la fermeture de la porte. Les applications de contrôle d'énergie réduisent les vibrations et les chocs en dissipant l'énergie mécanique sous forme de chaleur de faible niveau, comme une pastille d'amortissement des vibrations sur un grand panneau métallique.

Les deux principales caractéristiques de la mousse de polyuréthane sont la déformation rémanente à la compression et la déformation par force de compression. Ces caractéristiques décrivent la capacité de la mousse à conserver sa forme et à exercer une force contre un objet qui la comprime.

La déformation rémanente à la compression est une mesure de la déformation permanente de la mousse après une compression prolongée. Une faible valeur de déformation rémanente à la compression indique que la mousse retrouvera son épaisseur initiale après une compression récurrente ou continue. Cet élément est important pour les applications comme l'étanchéité, où la mousse doit revenir à son état non comprimé afin de maintenir une bonne étanchéité lorsqu'elle revient à son état comprimé. Les mousses ISOLOSS LS présentent une déformation rémanente à la compression inférieure à 1 % à température ambiante.

La déformation par force de compression (CFD) représente la fermeté de la mousse à divers degrés de compression. Les graphiques de CFD en fonction de la compression donnent de précieuses informations quant à la conception avec ces mousses. Pour en savoir plus sur la CFD, consultez l'article « Protéger les équipements électroniques sensibles contre les chocs, les vibrations et les températures extrêmes ».

La mousse ISOLOSS LS de 3M est disponible sous différentes formes, y compris rubans d'étanchéité, tampons circulaires et carrés, et feuilles carrées et rectangulaires (Figure 2).

Figure 2 : La mousse de polyuréthane ISOLOSS LS est disponible dans une variété de formes utiles qui peuvent facilement être adaptées à une gamme complète d'applications. (Source de l'image : 3M)

Les petits tampons circulaires et carrés comme le LS-2506-PSA-1-CIRCLE-50PK et le LS-2006-PSA-2-X2-50PK sont fréquemment utilisés comme butées. Les rubans comme le LS-1025LM/PSA 0.75"X180"-1RL, un ruban de 19,1 mm de largeur et de 6,35 mm d'épaisseur avec une densité de 160 kg/m³, sont utiles pour l'étanchéité.

Les feuilles plus grandes, comme LS-1506/PSA-5"X7"-10PK et LS-1006LM-PSA-12-X12-6PK, sont utiles pour les applications acoustiques et d'amortissement des vibrations. Elles sont appliquées sur les panneaux et les portes pour modifier leurs modes de vibration. L'amortissement des vibrations fonctionne en dissipant l'énergie lorsque la mousse amortissante subit une extension et une compression dues à la contrainte de flexion de la couche de base (Figure 3).

Figure 3 : La mousse ISOLOSS LM, qui est fixée par adhésif à la couche de base, dissipe l'énergie lors de la flexion. (Source de l'image : 3M)

Plus la couche de mousse amortissante est épaisse, plus l'amortissement est important. La modification de la densité de la mousse a également un impact sur l'amortissement. Il n'est pas nécessaire de recouvrir la totalité du panneau : une couverture de 25 % de la surface du panneau seulement permet de réduire nettement le niveau de vibration.

Conclusion

Il est intéressant de découvrir des technologies parfois considérées comme acquises dans une application totalement nouvelle, surtout lorsqu'elle est ludique. La démonstration de la balle de golf a vraiment montré le potentiel de la mousse à absorption d'énergie. Les produits ISOLOSS LS de 3M continuent de résoudre les problèmes de vibrations, de chocs et d'étanchéité tout en conservant leur forme et leur capacité d'étanchéité tout au long de leur durée de vie. Par ailleurs, ils tolèrent les environnements extrêmes et résistent aux flammes et aux produits chimiques.