Brevet FR2012878A1 — publié le 19700327

i 2012878 La présente invention concerne des lamelles douées de propriétés optiques leur permettant de réfléchir la lumière. Cette invention vise aussi un procédé pour leur fabrication. On connaît des lamelles de réflexion qui possèdent la propriété 5 de réfléchir la lumière incidente dans la direction dToù elle est issue. Au moyen de telles lamelles, on fabrique principalement des plaques indicatrices ainsi que des panneaux de circulation réfléchissants. De telles lamelles de réflexion comprennent en principe une 10 seule couche de petites lentilles sphériques transparentes, présentant un indice de réfraction élevé (globules de verre de 40 x 10'4 cm à 100 x 10~4 cm de diamètre), et une couche réfléchissante qui entoure de manière concentrique la face arrière des lentilles sphériques, dont elle est séparée par une distance 15 appropriée. Si l'on se réfère aux figures annexées 1 et 2,1§. fig.l représente en coupe longitudinale une lamelle telle qu'elle doit être construite conformément aux lois de l'optique. Les globules de verre 2 sont emprisonnés entre une couche de couverture 1 et une couche de séparation 3» Sur la face arrière de cette dernière 20 couche se trouve la couche réfléchissante 4« Considérée du point de vue optique, la lamelle réfléchissante est composés d'une multitude de systèmes à trois lentilles. L'un de ces systèmes est représenté schématiquement fig. 2. Pour des rayons à peu près axiaux, la théorie des surfaces sphériques de réfraction fournit 25 la relation suivante entre le diamètre d d'un globule et l'épaisseur h de la couche de séparation î (1) h = d x f , dans laquelle h désigne l'épaisseur de la couche de séparation, d désigne le diamètre du globule, 30 f est un facteur de proportionnalité qui a pour expression î n.. (n0 - 2 n-, ) "(2)f- ^ à i , où 2 n-^ (n^ - n2) + (n1 - n2) n^ désigne l'indice de réfraction du milieu antérieur à la 35 lentille sphérique, n^ désigne l'indice de réfraction de la lentille sphérique, n^ désigne l'indice de réfraction du milieu postérieur à la lentille sphérique. Pour obtenir une réflexion satisfaisante aussi bien du rayon 40 lumineux A. à incidence normale, que du rayon B à incidence oblique, 69 23798 2 2012878 il est nécessaire que la couche réfléchissante entoure la face arrière des sphères de manière concentrique à la distance h dans la région optiquement efficace. On distingue en principe deux types de lamelles réfléchissan-5 tes : a) Les lamelles régulières, dans lesquelles le milieu recouvrant antérieurement les globules de verre à indice de réfraction élevé est de l'air, c'est-f'^ire Ç11® "" !• b) Les lamelles à face plate; dans ces lamelles, le milieu recou-10 vrant antérieurement les globules de verre à indice de réfraction élevé est une matière synthétique transparente, c'est-à-dire que n^ est sensiblement égal à 1,5* Les lamelles de réflexion dans lesquelles la couche réfléchissante est appliquée directement à la face arrière des globules 15 (c'est-à-dire que h = 0) sont, techniquement, faciles à fabriquer. Dans ce cas, il ressort des équations (1) et (2) que l'indice de réfraction des globules de verre doit être le double de l'indice de réfraction du milieu qui les recouvre antérieurement. Pour les lamelles régulières (n-^ = 1), cette condition est réalisable, car 20 des globules de verre peuvent être obtenus avec un indice de réfraction égal à 2. En pratique on emploie, pour ces lamelles régulières, des globules de verre ayant un indice de réfraction de 1,9, afin d'obtenir aussi une réflexion favorable de rayons lumineux très éloignés de l'axe. 25 Les lamelles régulières ne sont utilisables que d'une manière limitée pour la fabrication de panneaux de circulation, car elles perdent leurs propriétés réfléchissantes quand leur face supérieure est mouillée, par exemple par la pluie, étant donné que l'indice de réfraction du milieu antérieur aux globules se trouve 30 ainsi modifié et porté de la valeur 1,0 (pour l'air) à la valeur 1,33 (pour l'eau). Les lamelles à face plate ne présentent pas ce désavantage, car dans ce cas une. goutte d'eau, en raison de sa grosseur relative par rapport aux globules de verre, se comporte comme une lentille plane optiquement sans effet. Pour cette rai-35 son, on fabrique de nos jours presque exclusivement des lamelles à face plate. Pour la fabrication de lamelles à face plate, dans lesquelles la couche réfléchissante se trouve appliquée directement à la face arrière des sphères, des globules de verre présentant un indice 40 de réfraction de 2,8 à 3,0 seraient toutefois nécessaires. Comme 69 23798 3 2012878 des globules de verre présentant un indice de réfraction aussi élevé n'ont pu être fabriqués jusqu'ici, il est nécessaire d'introduire, entre la face arrière des globules de verre et la couche réfléchissante, une couche séparatrice, de sorte que l'on 5 puisse utiliser des globules de verre présentant un indice de réfraction réalisable, par exemple 2,0 à 2,5« Dans la fabrication d'un type connu de lamelle de réflexion (suivant le brevet américain N° 2.543°800), on paît de la face arrière de la lamelle : on appose sur un papier susceptible d'être 10 retiré plus tard une première couche arrière de couverture présentant une épaisseur de 14 x 10""4 cm, et, après séchage de cette première couche, on lui applique une couche déformable formant coussin présentant une épaisseur de 40 x 10"4 cm. Ensuite on applique une troisième couche, réfléchissante, présentant une épais-15 seur de 12 x 10~4 cm, qui contient une pigmentation métallique. On joint ensuite à cette couche un film mince de 10 x 10~4 cm, transparent, et coloré, composé d'une matière plastique déformable à la température ambiante, qui sert à donnerala lumière réfléchie la couleur désirée. Sur ce film est déposée une matière adhé-20 sive qui peut de la même façon recevoir une coloration. Pour finir, les globules de verre sont déposés sur cette couche adhésive. Le diamètre de ces globules est d'environ 150 x 10~"4 cm. Grâce à une opération de calandrage, les globules de verre sont partiellement introduits dans la couche plastique formant coussin, de sorte que 25 la couche déterminant la coloration et la couche réfléchissante se trouvent ajustées à la face arrière des globules. Dans cet état, la couche adhésive supérieure est durcie; il devient alors possible de détacher de son support en papier la lamelle de réflexion terminée. 30 Cette lamelle de réflexion a de nombreux désavantages. L'épaisseur de la couche déterminant la couleur, située entre la face arrière des globules et la couche réfléchissante, est imposée par le procédé décrit, et atteint 1/15 environ des diamètres de globules. Elle sert avantageusement à donner la couleur désirée à 35 la lumière réfléchie. Par suite de sa faible épaisseur, comparée au diamètre des globules, elle ne peut être considérée comme une couche de séparation qui permettrait l'emploi de globules présentant un indice de réfraction notablement plus faible. En conséquence, dans la lamelle de réflexion qui- vient d'être décrite, 40 l'indice de réfraction est égal à 1,9 environ pour le modèle 69 23798 4 2012878 régulier. Il n'est pas possible de fabriquer suivant le procédé qui vient d'être décrit une lamelle à face plate, car cela nécessiterait l'emploi de globules de verre possédant un indice de réfraction 5 voisin de 2,8. Dans les lamelles de types connus, le procédé impose à la couche réfléchissante d'être en outre déformable. Cette dernière se compose, en conséquence, d'une couche mesurant 12 x 10~"4 cm d'épaisseur à pigments métalliques. Une telle couche n'offre qu'une 10 fraction des coefficients de réflexion qui pourraient être obtenus à l'aide d'un miroir en métal poli. Comme, dans le procédé connu, l'adaptation de la couche de séparation à la face postérieure des globules a lieu après la mise en place de la couche réfléchissante, line couche formant miroir obtenue par vaporisa-15 tion serait détruite par cette déformation. On connaît en outre des lamelles de réflexion qui ne présentent pas, il est vrai, les désavantages exposés ci-dessus, mais dont la fabrication entraîne de grandes difficultés d'ordre technique. Le procédé réel de fabrication de ces lamelles n'est, à vrai dire, 20 pas connu, mais on présume que celles-ci sont fabriquées en partant de la face avant, en appliquant è un support 5 (voir la fig.3 ci-annexée), susceptible d'être retiré plus tard, une couche centrale de liaison 6 mesurant environ 10 x 10~4 cm d'épaisseur. Les globules de verre 7 à indice de réfraction élevé sont introduits 25 de manière connue dans cette couche de liaison. Au cours d'une phase ultérieure de la production, on recouvre la face arrière des globules, qui se trouve exposéejde la couche de séparation 8, qui est à l'état liquide. Si l'on tient «ompte du fait que la couche de séparation doit non seulement posséder une épaisseur constante, 30 conformément à l'équation 1, mais encore présenter un contour concentrique à la face arrière des globules, on peut imaginer à quelles difficultés on se heurte lors de l'application d'une telle couche. La couche de séparation déposée à l'état liquide tend en particulier à niveler les inégalités, ce qui a pour conséquence 35 que cette couche est plus mince dans la région du point le plus élevé de chaque globule que dans la région adjacente (voir fig. 3). Cela est en contradiction avec la condition de concentricité de la couche réfléchissante par rapport aux globules. Sn outre la couche de séparation présente une épaisseur plus grande au-dessus 40 des petits globules, là où ceux-ci sont entourés de plus gros 69 23798 5 2012878 globules, qu'au-dessus des globules de plus grand diamètre qui les entourent. On a représenté fi g. 3 par un trait mixte 9 le contour idéal que devrait présenter la couche de séparation. Cela est en contradiction avec la condition conforme à l'équation (1), 5 d'après laquelle le diamètre d des globules et l'épaisseur h de la couche de séparation doivent être directement proportionnels. La présente invention a pour but un procédé nouveau de fabrication d'une lamelle de réflexion, qui élimine tous les désavantages et difficultés techniques cités plus haut. 10 Suivant l'invention, le procédé de fabrication d'une lamelle de réflexion, dans laquelle des corps transparents, sensiblement sphériques, sont entourés, au moins partiellement, sur leur hémisphère arrière, d'une couche de séparation dont la face arrière est rendue réfléchissante, est caractérisé en ce que cette couche 15 de séparation est formée en ajustant à la face arrière des corps sphériques, iule feuille de matière synthétique transparente, lisse, préfabriquée et autoportante. D'autres caractéristiques de ce procédé de fabrication ressorti ront encore de la description détaillée qui suit. 20 Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs î - Les Fig. 1 à 3 déjà citées, sont des vues en coupe de lamelles fabriquées suivant des procédés connus. - Les Fig. 4 à 6 représentent'trois étapes d'un mode d'applicafc tion du procédé de fabrication conforme à l'invention. 25 Si l'on se réfère à la Fig. 4, on part dans le procédé conforme 4 l'invention d'une feuille d'ester de cellulose transparente, lisse, épaisse de 15 x 10~"4 à 35 x 10~4 cm, par exemple une feuille commercialisée par la Société dite : FARBENFABRIKEN BAYER A.G., Leverkusen, sous la désignation de TRIAFOL TN ou TRIAFOL BN. Cette 30 lamelle 11, Fig. 4, est enduite d'une laque adhésive à deux composants de polyuréthane contenant environ 50 fo d'un liant adhésif. Composant A proportions en poids 35 BAYER A,G., de Leverkusen) DESMDPHEN 1800 (un produit de FARBENFABRIKEN 50,0 DESMOPHEN RD 18 (un produit de FARBENFABRIKEN BAYER A.G., de Leverkusen) en solution à 75 fo dans du XYLGL 67,0 TRICHLORETHYLENE 50,0 TOLUQL 40,0 10.0 40 XYLOL 217,0 69 23798 6 2012878 Composant B DESMODUR L (un produit de FARBENFABRIKEN BAYER A.G., de Leverkusen) en solution à 75 fo dans de l'Ethylacétate) 65.0 282,0 5 La charge d'humidité de cette laque adhésive est de 8 g/m . Après évaporation du solvant, il reste un film adhésif 12, pesant 4 g/m , qui présente, avant durcissement, de bonnes qualités d'adhérence. Ensuite, on appose une couche unique de globules de verre 13 10 de grosseur et d'indice de réfraction appropriés. Le dépêt de ces lentilles sphériques, d'indice de réfraction élevé, s'opère d'une manière simple par versage. Les globules qui viennent en contact avec la face supérieure de la feuille y sont maintenus par le film adhésif 12, tandis que les globules en excédent peuvent être 15 aisément rejetés. Il reste ainsi à la surface adhésive de la feuille une couche unique et compacte de globules serrés les uns contre les autres. A la fin de cette étape de la fabrication, il est possible d'enrouler le produit intermédiaire ainsi obtenu. Dans une phase ultérieure de la fabrication, la feuille recou-20 verte de globules de verre est portée, sous l'action de la chaleur, à l'état thermo-élastique, et, sous l'effet d'une pression ou du vide, elle est déformée de manière à constituer une couche de séparation, qui présente alors un contour concentrique à la face arrière des globules, comme le représente la Fig. 5« 25 Ce^tte déformation peut s'opérer, par exemple, de la manière suivante. La feuille recouverte de globules est déposée sur une plaque poreuse d'une table aspirante avec les globules placés vers le bas. Après qu'on a rendu étanches les bords de la feuille, on applique le vide, et simultanément des appareils de chauffage 30 par rayonnement portent la feuille à sa température de déformation thermo-élastique - soit environ 170°C pour des feuilles en ester de cellulose. Dans ces conditions, la feuille s'adapte à la face arrière des globules. On maintient le vide après avoir interrompu le chauffage et la lamelle se refroidit rapidement, en 35 raison de sa faible capacité calorifique, de sorte qu'en descendant en dessous de la température de vitrification - environ 130°C pour les feuilles d'ester de cellulose - l'état de déformation atteint se trouve fixé. Lors de l'application de ce procédé de déformation, l'adhésif 40 est largement expulsé hors de la zone optiquement efficace entre 69 23798 7 2012878 la couche de séparation et la face arrière des globules. La distance h entre la face arrière des globules et la couche réfléchissante, qui est essentielle pour les propriétés réfléchissantes de la lamelle, est ainsi indépendante de l'épaisseur du film adhésif 5 déposé. La masse adhésive, qui se trouve alors presque exclusivement entre les zones équatoriales des globules (voir Fig. 5), durcit et se transforme en un produit hautement élastique. Le produit intermédiaire issu de cette phase de la fabrication peut également être enroulé. 10 Dans la phase suivante du procédé de fabrication, la lamelle est enduite, du côté qui porte les globules, d'une laque à deux composants de polyuréthane contenant environ 50 fo d'un liant adhésif. Composant A parties 15 en poids DESMOPHEN 1200 50,0 DESMOPHEN RD 18 67,0 Zinc - 0CTA-S0LIGEN 8 à l'état liquide (un produit de la Société dite : 20 FARBWERKE H0ECHST A.G., Francfort) 0,3 TRICHLORETHILENE 50,0 T0LU0L 35,0 XYLQL 15.0 217,3 25 Composant B DESMDDÙR N, en solution à 75 fa dans de 1'Ethylglycolacétate/Xylol (l/l) . 75.0 292,3 La couche intermédiaire 14 rapportée de cette façon durcit, 30 après évaporation du solvant, sous l'influence d'une température élevée, par exemple de 120°C, de manière à constituer une masse élastique. La quantité d'apport de cette laque intermédiaire est ainsi choisie que les espaces intermédiaires compris entre les globules de verre soient entièrement remplis, et que la face anté-35 rieure des globules soit juste recouverte (Fig. 6). A ce stade de la fabrication subsiste encore la possibilité d'enrouler la lamelle. Au cours d'une étape ultérieure de la fabrication, on appose la couche de couverture 15 résistant aux intempéries (Fig. 6). 40 La matière utilisée comprend à nouveau une laque à deux composants 69 23798 8 2012878 de polyuréthane contenant environ 50 % de liant adhésif Composant À. parties en poids DESMOPHEN 650, en solution à 65 % dans de l'Ethylglycolacétate 77,0 5 DESMOPHEN RD 18, en solution à 75 % dans du XYLOL 67,0 Zinc 0CTA-SQLIGEN 8 à l'état liquide (un produit de la Société dite : FARBWERKE H0ECHST A.G., Francfort) 0,3 20,0 20,0 90.0 BUTYLACETATE 10 XYLOL ETHYLGLY COLAGETATE 274,3 Composant B DESMODUR N, en solution à 75 fo dans un mélange à parties égales d'Ethylglycolacétate 15 et de Xylol 87.5 371,8 A Le poids de l'apport à l'état humide est d'environ 60 g/m , de sorte qu'après évaporation du solvant, et durcissement de la laque à température élevée, de 120°C par exemple, il subsiste une cou-20 che de couverture 15 résistant aux intempéries et pesant 30 g/m^. Le produit intermédiaire ainsi obtenu peut alors être à nouveau enroulé. Une nouvelle étape dans la fabrication réside dans l'application à la face postérieure de la couche de séparation d'une cou-25 che d'aluminium formant miroir. Cette application a lieu par vaporisation dans un vide poussé. La face postérieure ainsi métallisée de cette couche est alors revêtue d'une couche d'adhésif contenant un solvant. On peut utiliser à cette fin des solutions de polyisobutylène, d'éther de 30 polyvinyle, ou d'ester d'acide polyacrylique dans de la benzine ou des aromates. est recouvert d'un produit antiadhésif, par exemple un papier 18 35 enduit de vernis aux silicones. Il ressort de cette description que, suivant le procédé conforme à l'invention, on n'est pas tenu de procéder de manière ininterrompue à la fabrication de la lamelle de réflexion, mais qu'au contraire les étapes successives de cette fabrication peuvent Après évaporation des solvants, le film adhérent 17, (Fig. 6) qui subsiste, .et possède une épaisseur d'environ 20 x 10~4 cm, 69 23798 9 2012878 être exécutées indépendamment les unes des autres, par exemple à des vitesses d'avancement différentes. En installant plusieurs machines pour des stades de production qui ne permettent qu'une faible vitesse de travail, il est possible de compenser les dif-5 férences de vitesse existant entre les divers stades de la fabrication. Une variante du procédé de fabrication conforme à l'invention consiste en ce que l'on utilise, pour la couche de couverture antérieure, une feuille de matière synthétique préfabriquée, auto-10 portante, et transparente, présentant une épaisseur d'environ 40 x 10~4 cm, et en ce que la lamelle de réflexion est fabriquée à partir de cette feuille de couverture. On dépose tout d'abord les globules de verre sur la feuille de couverture, et, au cours d'une étape postérieure, la feuille de 15 matière synthétique, préalablement enduite de colle sur une épaisseur appropriée, et qui est destinée à constituer par déformation la couche de séparation, est disposée sur les faces arrière exposées à des globules de verre adhérant à la couche de couverture. Le degré de déformation de la couche de séparation est ici lar-20 gement fonction de l'épaisseur de la couche de colle et de la pression de laminage exercée. Comme matière destinée à la couche de couverture et à la couche de séparation, on peut utiliser ici, par exemple, du polyéthylène-glycoltéréphtalate. Une telle feuille est commercialisée par la Société KALLE AG. , de Wiesbaden, 25 sous le nom de HOSTAPHAN. Si l'on veut obtenir des propriétés réfléchissantes optimales, les dimensions d et h, Fig. 2, doivent être ainsi choisies qu'elles satisfassent aux équations (1) et (2). Pour approcher de ce cas idéal, il est avantageux de trier en classes de grosseur les 30 globules qui, d'après leurs conditions de fabrication, sont de grosseurs inégales. A l'intérieur de chaque classe de grosseur- , les diamètres de globules peuvent osciller dans des limites déterminées, par exemple entre 40 x 10~4 et 60 x 10~4 cm à l'intérieur d'une classe, entre 50 x 10~4 et 70 x 10""4 cm à l'intérieur de 35 l'autre classe, et ainsi de suite. Pour la fabrication d'une lamelle de réflexion, on emploie à chaque fois des globules de verre d'une même classe, et l'épaisseur de la feuille employée comme couche de séparation est choisie de manière à correspondre au diamètre moyen de cette classe. 40 Grâce à l'emploi d'une feuille préfabriquée, qui peut être 69 23798 10 2012878 exécutée à l'épaisseur voulue, à de faibles tolérances près, et à la modification régulière d'épaisseur durant l'ajustement de la feuille aux hémisphères postérieurs, optiquement efficaces, des globules, on réalise, dans les régions optiquement efficaces, une 5 disposition concentrique extrêmement précise des surfaces métalliques formant miroir par rapport aux globules. On obtient par suite une action réfléchissante remarquable, non seulement pour la lumière à incidence normale, mais encore pour des angles d'incidence très élevés. Cette épaisseur régulière de la couche de 10 séparation peut être vérifiée au microscope d'une manière irrécusable sur une section droite préparée de la lamelle de réflexion. L'écart par rapport à l'épaisseur moyenne peut être maintenu inférieur à tout le moins à + 20 fo dans la région optiquement efficace, et, de préférence, inférieur à + 10 %. En pratique, on 15 peut toutefois obtenir des tolérances beaucoup plus faibles encore dans la plupart des lamelles de réflexion fabriquées. Dans le cas le plus simple, la lamelle de réflexion se compose de la couche de séparation, des corps de forme sphérique, et des couches formant miroir. 20 II va de soi que, sans sortir du cadre de l'invention, il serait possible d'apporter au procédé de fabrication qui vient d'être décrit de nombreuses modifications de détail. 69 23798 ii 2012878 REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication d'une lamelle de réflexion, dans laquelle des corps transparents sensiblement sphériques, sont entourés, au moins partiellement, sur leur hémisphère arrière, 5 d'une couche de séparation dont la face arrière est rendue réfléchissante, caractérisé en ce que cette couche de séparation est formée en ajustant à la face arrière des corps sphériques, une feuille de matière synthétique transparente, lisse, préfabriquée et autoportante. 10 2 - Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la fabrication de la lamelle de réflexion est réalisée en partant de la feuille de matière synthétique, qui est, dans une étape ultérieure, déformée de manière à constituer la couche de séparation. 15 3 - Procédé conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que, sur la feuille de matière synthétique qui fournit par déformation la couche de séparation, on appose, avant déformation, des globules de verre, et, après déformation, les autres couches. 4 - Procédé conforme aux revendications 1, 2, ou 3, caractérisé 20 en ce qu'on emploie une feuille de matière synthétique déformable et thermoélastique, que l'on déforme par i'application de vide sur l'une de ses faces, de manière à constituer la couche de séparation, en même temps qu'on la soumet à l'action de la chaleur. 5 - Procédé conforme à la revendication 4, caractérisé en ce 25 que la déformation thermoélastique de la feuille de matière synthétique transformant celle-ci en couche de séparation est opérée à une température comprise entre 100 et 200°C. 6 - Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la feuille de matière synthétique, déformable 30 pour constituer la couche de séparation, se compose de plusieurs couches. 7 - Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la feuille de matière synthétique, qui fournit par déformation la couche de séparation, est colorée. 35 8 - Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la feuille de matière synthétique, qui fournit par déformation la couche de séparation, est pourvue après déformation d'une couche métallique formant miroir, appliquée à sa face arrière par vaporisation de métal sous vide poussé. 40 9 - Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce 69 23798 12 2012878 que, pour obtenir la couche de séparation, on défoiroe une feuille de matière synthétique dont l"épaisseur est comprise entre 1/6 et 4/6 du diamètre moyen des globules de verre. 10 - Lamelle de réflexion caractérisée en ce qu'elle est fabri-5 quée par le procédé conforme aux revendications 1 à 9.