Brevet FR2027641A1 — publié le 19701002

è9 45167 i 2027641 L'invention concerne un nouveau matériau destiné au polissage des verres d*optique, à la fabrication de ce matériau et à son utilisation. On fabrique habituellement les lentilles et autres éléments optiques en verre, en meulant ces objets à une forme voisine de la forme définitive, 5 puis en les polissant pour enlever les rayures formées par le meulage. Une petite retouche de la forme peut aussi être faite par le polissage» Un procédé de meulage usuel utilise des matériaux formés de diamants en menus fragments calibrés enrobés dans un métal fritte ou friable ; il peut comprendre plusieurs opérations successives avec des diamants soigneusement calibrés de manière 10 différente. On peut produire un meulage grossier ou un meulage fin au choix, non seulement en agissant sur la dimension des diamants, mais aussi en choisissant convenablement le métal fritté qui relie les diamants. Par exemple, si l'adhérence entre le métal et le diamant est forte, la partie friable du métal ne se brise pas très facilement et a tendance à produire un meulage plus fin 15 qu'un matériau fritté plus grossier. Pendant le meulage, l'utilisation d'un agent de refroidissement est nécessaire. Quand une lentille a subi une ou plusieurs opérations de meulage, elle présente un aspect givré par suite des raies crées par le meulage. Cet aspect givré disparaît au cours du polissage. Un agent usuel de polissage est une 20 composition de cire non abrasive associé à un agent de refroidissement contenant du colcotar ou de l'oxyde cérique. On pense que le frottement par cette composition de polissage et la pression de la cire échauffent la surface, ce qui crée un fluage. Le verre des bords de chaque raie glisse ainsi dans la raie elle-même, qui disparait donc ; on obtient ainsi le poli optique. On pense 25 aussi qu'il se produit simultanément une certaine usure des arêtes des raies. Pendant le polissage, la cire elle-même a tendance à couler en remplissant ainsi les saignées qui ont été découpées dans cette cire, en vue de l'application de la composition de polissage et l'agent de refroidissement. Puisque ces saignées disparaissent, l'opérateur doit les refaire ; sinon, il 30 n'y aurait plus de place pour l'agent de refroidissement. De manière analogue, la cire, en coulant, a tendance à changer de forme. Par suite, la forme des surfaces à polir, tend à se modifier et peut devenir inacceptable. On fait souvent un polissage additionnel de manière à obtenir une surface convenable en utilisant un polissoir plus précis. 35 Dans toutes les opérations de polissage, la présence d'un agent de polissage dans l'agent de refroidissement pose un problème délicat de nettoyaga On a parfois utilisé, avec certains matériaux, une suspension contenant de la poussière de diamant, en grains plus petits qu'un micron, comme abrasif et comme agent de refroidissement dans l'opération de polissage. Généralement, 40 ceci n'est pas satisfaisant quand on veut obtenir des verres de très grande 69 45167 2 2027641 qualité optique. Un des buts de l'invention est de fabriquer un polissoir destiné à obtenir un poli optique et utilisable pendant une durée fortement accrue. Un autre but de l'invention est de fournir un procédé de polissage des 5 lentilles qui demande moins de soins de l'opérateur et qui permette de supprimer la matière polissante dans l'agent de refroidissement ou au moins de réduire sa proportion. Un autre but de l'invention est de fournir un polissoir pour le polissage optique, dans lequel la tendance au fluage est réduite ou complètement 10 supprimée. Encore un autre but de l'invention est de fournir un polissoir pour lentilles ayant tendance à donner des surfaces plus proches de la surface modèle. Enfin, un autre but de l'invention est l'obtention de lentilles en verre 15 poli présentant moins de défauts dans la couche superficielle. Ces divers buts sont atteints au moyen d'un nouveau matériau de polissoir pour polir les lentilles. Le nouveau polissoir contient de la poudre de diamant dispersée dans une matière plastique, ce qui permet de placer le matériau abrasif dans le polissoir lui-même et non dans l'agent de refroidisse-2o ment. On constate, ce qui est surprenant, que la poudre fine de diamant agit à la fois comme abrasif et comme agent de polissage. Quand elle est enrobée dans une matrice convenable, précisée dans la suite, les diamants ne donnent pas une surface rayée, mais, au contraire, une surface parfaitement polie. L'invention a essentiellement pour objet un polissoir utilisable pour 25 donner un poli optique aux surfaces de lentilles de verre caractérisé en ce qu'il est formé d'un matériau qui contient de 5/100 à 50/100 en masse de poudre de diamant, en grains ayant des dimensions comprises entre un micron et cinquante microns, dispersés dans une matrice solide, qui maintient les grains de poudre en place, essentiellement formée par le produit de réaction 30 de (a) un composé époxyde organique ayant un équivalent d'époxyde compris entre 150 et 450 et de (b) une aminé organique servant d'agent durcissant. Suivant un mode de réalisation de l'invention, cette matrice contient aussi des bulles de gaz dispersées dans sa masse et occupant un volume compris entre 47/1000 et 333/1000 du volume total dû polissoir. 35 Le polissoir suivant l'invention contient donc de très petits diamants dispersés dans une matrice servant de liant. Avec ce polissoir formé de diamants et d'une matrice, on peut obtenir un verre présentant un poli optique sans rayures. La matrice utilisée suivant l'invention contient un époxyde qui a été polymérisé par un agent durcissant les époxydes après que la poudre de 40 diamant ait été répartie dans sa masse. Pendant très longtemps, la matrice 69 45167 3 2027641 ainsi formée retient les grains de diamant, de manière qu'ils ne puissent meuler ou rayer le verre et elle aide les diamants à polir celui-ci. Quand on utilise un tel polissoir, on obtient les résultats remarquables suivants : 5 (1) des diamants qui ont été calibrés après broyage à la même dimension que des diamants utilisés pour le meulage ne rayent plus et ne meulent plus le verre ; bien au contraire, ils le polissent ; (2) le composé servant d'agent de polissage, habituellement dispersé dans l'agent de refroidissement peut être présent en quantité beaucoup plus 10 petite, voir supprimé complètement, ce qui facilite le nettoyage qui demande ainsi moins d'attention ; et (3) le polissoir peut produire une usure beaucoup plus grande que les polissoirs usuels. On peut préparer le matériau formant le polissoir suivant l'invention 15 par (a) mélange de (1) un composé époxyde organique ayant un équivalent d'épo-xyde compris entre environ 150 et environ 450, contenant en moyenne au moins 1,5 groupes époxyde par molécule et contenant avantageusement environ deux groupes époxyde par molécule, (2) un agent durcissant convenable et (3) environ 5/100 à environ 50/100, en masse, de diamants ayant des dimensions comprises 20 entre environ 1 p, et environ 50 p,, puis (b) mise de ce mélange dans des conditions telles qu'une réaction entre l'époxyde et l'agent durcissant se produise (avantageusement en chauffant le mélange dans une étuve à température élevée, pouvant atteindre et dépasser 120°C, ce qui forme ce matériau. Il est aisé de se rendre compte que ce matériau peut être façonné" suivant toute forme 25 désirée par exemple en permettant à la réaction de polymérisation de se produire quand le matériau est contenu dans un moule. On peut ainsi fabriquer des perlettes ou des blocs de polissage façonnés, ayant pratiquement toute forme et toutes dimensions souhaitables. Les époxydes organiques les plus avantageux sont ceux qui ont des équi-30 valents d'époxyde compris entre 175 environ et environ 300, ayant la structure fondamentale d'un bisphénol : H H CH3 H-C - C - R \ / 0 °OiO CH3 où R contient de zéro à huit atomes de carbone et où X peut résulter de la réaction avec un autre bisphénol ou avec un époxyde de bisphénol. Ces époxydes de bisphénols et les produits obtenus par leur modification sont bien connues 35 des spécialistes et n'ont donc pas à être décrits en détail. 69 45167 4 2027641 Les agents durcisseurs les plus avantageux pour transformer, dans la mise en oeuvre de l'invention, les composés époxydes liquides plus ou moins visqueux en matrice solide sont les aminés organiques qui ont des masses moléculaires au plus voisines de 200. Une liste non limitative de ces agents 5 durcisseurs très avantageux comprend les aminés suivantes : pipéridine, pyridi-ne, diéthylènetriamine, diméthylaminopropylamine, benzyldiméthylamine, diéthy-lènediamine, diéthylaminopropylamine, dibutylaminopropylamine, métàphénylène-diamine, triéthylènetétramine, dicyanodiamide. Généralement, on utilise une quantité d*aminé calculée pour que le mélange contienne de environ 0,5 à envi-10 ron 1,5 groupe aminé actif (avantageusement environ 1,0 groupe aminé actif) par groupe époxy. On a trouvé que, dans la mise en oeuvre de l'invention, il est nécessaire que au moins 50/100, en masse, du matériau formant le polissoir soit formé du produit ou des produits de la réaction de 1'époxyde et de l'agent durcissant. 15 Des constituants autres que les diamants et la matrice formé d'un époxyde et d'un agent durcissant peuvent aussi être présents dans le polissoir suivant l'invention, mais leur proportion ne doit pas dépasser environ 20/100, en masse. Par exemple, on peut introduire jusqu'à environ 10/100, en masse, d'un phényl-glycidyl-éther (qui est un époxyde monofonctionnel) qui, ajouté au mélange 20 initial, agit comme plastifiant et/ou comme agent d'extension avantageux :dans le produit durci final. De même, on peut ajouter des colorants, des pigments ou de l'acétate de polyvinylè pratiquement sans diminuer la qualité des résultats obtenus. On a trouvé aussi que la présence d'inclusions gazeuses dans la matrice, 25 'formant de petits pores régulièrement dispersés et pouvant occuper jusqu'à 50/100 du volume de la matrice améliore significativement les qualités du polissoir. On peut, former ces bulles dans le polymère par simple battage ou par agitation très énergique du mélange fluide formé par 1'époxyde, l'agent durcissant et la poudre de diamant, ce qui disperse de l'air dans cette compo-30 sition encore non durcie, puis durcir la composition par traitement thermique, ce qui emprisonne les bulles d'air dans la matrice solide. Il faut que le rapport du volume des bulles de gaz par rapport à celui du polissoir soit au moins de 47î1000 et il est préférable que ce rapport soit compris entre 13i100 et 26:100. 35 Le produit solide terminé doit contenir au moins 10/100, en masse, à 25/100, en masse, de poudre de diamant, en grains de diamètres compris entre environ 1 p, et environ 50 p,, pratiquement aucun diamant n'ayant de diamètre égal à 60 p, ou plus grand que 60 p,. Suivant un mode avantageux de réalisation de l'invention, le diamètre moyen des diamants est compris entre 5 p, environ ^0 et 20 p, environ ; il est particulièrement recommandable que ces diamètres 69 45167 5 2027641 soient compris entre environ 8 p, et environ 1.6 p,, la valeur moyenne étant voisine de 12 p,. Il est extrêmement surprenant que l'utilisation de diamants pour travailler le verre produise, dans les conditions de l'invention, un polissage 5 au lieu d'un meulage ; en effet, il ne semble pas qu'on ait réussi autrement à utiliser des diamants comme moyen de polissage, parce qu'ils produisent toujours des rayures trop importantes. Il semble que ce soit l'association particulière de petits diamants et d'une matrice formée par un composé époxyde et un agent durcissant qui permet ce résultat, puisque c'est uniquement par 10 ce moyen qu'un tel résultat a pu être obtenu. Un autre résultat surprenant est qu'on obtient ainsi un polissage optique en l'absence de toute composition de polissage, par la simple utilisation du polissoir suivant l'invention. Ceci est particulièrement avantageux dans un grand nombre de cas, car on élimine l'opération coûteuse de récupéra-15 tion de la composition à polir pour un nouvel usage, qu'on élimine aussi l'emploi de cette composition elle-même, qui est assez coûteuse ; d'autre part le nettoyage ultérieur est considérablement simplifié, puisqu'on n'a pas de composition de polissage à éliminer. Un avantage très important du polissoir suivant l'invention est sa 20 durée possible d'utilisation qui peut atteindre et même dépasser dix fois la durée usuelle d'utilisation des polissoirs usuels, utilisés dans le polissage à grande vitesse. Un autre avantage inattendu est que les lentilles polies avec le polissoir suivant l'invention présentent beaucoup moins de rayures dans la couche superficielle et fournissent des résultats pratiques nettement 25 supérieurs à ceux des lentilles polies par tous les procédés usuels. Les exemples suivants illustrent l'invention ; à ces exemples, toutes les quantités sont indiquées en parties en masse, sauf spécification contraire EXEMPLE 1 - Dans un malaxeur usuel, en acier inoxydable, on introduit 763 parties d'époxyde de bisphénol A modifié, ayant un équivalent d'époxyde 30 de 200 (vendu par la firme Ciba sous le nom "Araldite 502'Epoxy", 57 parties de diéthylènetriamine comme agent durcissant et 164 parties de poudre de diamant en grains, ayant un diamètre moyen de environ 12 p, et des diamètres compris entre 8 p, et 16 p,. On fouette énergiquement le mélange pour y introduire 20% d'air (en volumes). On verse la mousse dans des moules cylindriques 35 ayant un diamètre de 12,7 mm et une hauteur de 3,2 mm. On durcit le produit par chauffage pendant douze heures à 99°C. Les polissoirs solides ainsi formés sont disposés sur un bloc incurvé usuel (dont le rayon de courbure autour des surfaces supérieures des perlettes est égal au rayon de courbure des faces polies qu'on veut obtenir). Les lentilles à polir sont montées sur un bloc 40 ayant la forme opposée, de manière que les faces à polir soient du côté libre, 69 45167 6 2027641 ces deux blocs servant de balle et de bassin. Pendant le polissage, on fait tourner à grande vitesse le bloc portant les lentilles autour de son axe vertical et on fait osciller le bloc portant les polissoirs en avant et en arrière tout en le laissant tourner librement sur une broche, en étant séparé 5 de l'autre bloc uniquement par un agent de refroidissement ou par une compo-• sition liquide de polissage. En partant de lentilles simplement meulées, il suffit de quelques minutes pour obtenir un poli satisfaisant par l'action des polissoirs ainsi préparés. Les surfaces obtenues sont brillantes ; elles présentent d'excellentes qualités optiques, avec moins de défauts superficiels 10 que les lentilles polies avec les compositions usuelles de polissage à base d'oxyde cérique ou de colcotar, par exemple. . EXEMPLE 2 - On prépare des polissoirs de la manière décrite à l'exemple 1, mais on ajoute 16 parties de produit "Cab-0-Sil"(aérogel de silice vendu par la firme Cabot Labs) pour l'occlusion d'air. Le traitement thermique de 15 durcissement dure douze heures à 7l°C. On utilise ces polissoirs pour polir des lentilles, comme décrit à l'exemple 1. Les résultats sont excellents, analogues à ceux de cet exemple. EXEMPLE 3 - On opère de manière analogue à l'exemple 1 en remplaçant la poudre de diamant par le produit "Cerox" (qui est un produit usuel de polissage à 20 base d'oxyde de cérium). Les lentilles qu'on essaie de polir sont extrêmement rayées : le fini est inacceptable. EXEMPLE 4 - On opère de manière analogue à l'exemple 1, en remplaçant la poudre de diamant par du verre pilé, en grains de moins de 30 p,. Les lentilles qu'on essaie de polir avec ces polissoirs solides sont extrêmement rayées : 25 le fini est inacceptable. EXEMPLE 5 - On opère de manière analogue à l'exemple 4, en remplaçant seulement la moitié de la poudre de diamant par la poudre de verre. On obtient un résultat inacceptable, analogue à celui de l'exemple 4. EXEMPLE 6 - On opère de manière analogue à l'exemple 1, en utilisant comme Parties 30 composé époxyde le produit du commerce "Shell 828 Epoxy" et 80/de triéthylène-tétramine comme agent durcissant (au lieu de diéthylènetriamine), et on ajoute 24 parties d'aérogel de silice à la composition, comme agent épaississant. Le mélange obtenu est abandonné pendant douze heures à la température ambiante, puis on le chauffe pendant cinq heures à 7l°C. Les polissoirs ainsi obtenus ont 35 une durée d'utilisation quintuple de celle des polissoirs usuels. Ils fournissent des lentilles ayant un excellent poli. EXEMPLE 7 - On opère comme à l'exemple 6 en ajoutant 80 parties d'un alcoyl-glycidyl-éther monoépoxydé au mélange initial. Les résultats sont tout à fait analogues à ceux de l'exemple 6. 40 EXEMPLE 8 - On opère comme à l'exemple 1, en remplaçant la poudre de diamant 69 45167 7 2027641 par de la poudre d'émeri (alumine), en grains de 9 jj,. On obtient des lentilles fortement rayées, inacceptables. EXEMPLE 9 - On opère de manière analogue à l'exemple 1, en supprimant la poudre de diamant. Le polissoir s'use rapidement et le polissage est très lent. 5 EXEMPLE 10 - On opère comme à l'exemple 1 en remplaçant 1'époxyde et l'agent durcissant par de la poudre de polyamide frittée (vendue par la firme Polymer Corporation sous la référence "Nylasint$66". On comprime la poudre dans un moule sous une charge de 35 kN, et on chauffe pendant une heure à 232°C pour produire le frittage. Les polissoirs ainsi formés s'usent très vite. 10 On peut remplacer, dans les essais consignés à l'exemple 1, l'époxyde et l'agent durcisseur par d'autres époxydes et par d'autres agents durcisseurs présentant les propriétés voulues, et on obtient des polissoirs utilisables au polissage.de lentilles,, ayant des propriétés voisines de celles du polissoir de l'exemple 1. 45167 a 2027641 REVENDICATIONS 1 - Polissoir utilisable pour -donner un pol± optique aux surfaces de lentilles de verre caractérisé en ce qu'il est formé d'un matériau qui contient de 5/100 à 50/100 en masse de poudre de diamant, en grains ayant des dimen-5 sions comprises entre un micron et cinquante microns, dispersés dans une matrice solide, qui maintient les grains de poudre en place, essentiellement formée par le produit de réaction de (a) un composé époxyde organique ayant un équivalent d'époxyde compris entre 150 et 450 et de (b) une aminé organique servant d'agent durcissant. 10 2 - Polissoir conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient des bulles gazeuses dispersées dans la matrice, le volume total de ces bulles étant compris entre 45/1000 et 333/1000 du volume total du polissoir. 3 - Polissoir conforme à la revendication 2, caractérisé en ce qu'il contient 15 de 5/1000 à 5/100, en masse, de gel de silice. 4 - Polissoir conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en.ce que le dit composé époxyde organique présente un équivalent d'époxyde compris entre 175 et 300 et que la dite aminé organique -a une masse moléculaire au plus égale à 200. 20 5 - Polissoir conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que la dite aminé organique est une polyalcoylènepolyamine. 6 - Polissoir conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce .que le dit époxyde organique est un époxyde de bisphénol modifié, contenant en moyenne au moins 1,5 groupe époxyde par molécule. 25 7 - Polissoir conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la dimension moyenne des grains de la poudre de diamant est de 12 jj, que la proportion massique diamant/matrice est comprise entre 10:100 et 25:100 et qu'un gaz inerte est dispersé dans le polissoir et occupe un volume compris entre 13/100 et 26/100 du volume 30 total du polissoir.