Brevet FR2670774A1 — publié le 19920626

VITRAGE DIFFUSANT, PROCEDE ET DISPOSITIF PERMETTANT DE LE REALISER L'invention concerne le domaine des vitrages diffusant la lumière et destinés à l'éclairage des locaux. Il est connu depuis longtemps, de transformer un verre transparent et à faces parallèles comme un verre flotté, en verre diffusant la lumière Les deux techniques les plus courantes sont le dépolissage au jet de sable et l'attaque chimique par une pâte à base d'acide fluorhydrique D'autre part, les techniques de laminage du verre plat à l'aide de rouleaux pour reproduire à la surface du verre, la struc- ture superficielle des rouleaux, en produisant ainsi un verre imprimé sont également bien connues Les deux f a- milles de méthodes de production précédentes permettent l'une comme l'autre d'obtenir des vitrages diffusant la lumière, mais l'une et l'autre présentent certains incon- vénients C'est ainsi que les méthodes de traitement du verre flotté sont très agressives et "blessent" la surface du verre dont la résistance mécanique se trouve diminuée. De plus la surface a perdu les caractéristiques qui sont celles d'un "poli au feu" et elle devient salissante et d'un entretien difficile Quant aux verres imprimés, les performances qu'ils fournissent sont souvent médiocres et toujours très différentes de celles des verres diffusants obtenus par traitement du verre flotté. La mission qui se donne pour tâche l'invention est de fournir en vitrage diffusant qui présente la qualité opti- que du verre flotté traité sans en avoir les inconvénients. Des deux techniques de l'art antérieur qui permettent d'obtenir un vitrage plan avec une surface diffusante la 2 - plus usitée est le sablage d'un verre plan poli sur ses deux faces tel qu'un verre flotté Les techniques de sa- blage sont très employées dans de multiples industries, elles se pratiquent dans des enceintes fermées dans les-5 quelles une pompe produit la circulation d'une poudre abrasive (sable de granulométrie définie, corindon) en suspension dans l'air sous pression Ce sablage permet de traiter les surfaces en les attaquant sur une profondeur plus ou moins grande, le résultat obtenu est variable, de-10 puis un simple nettoyage de la surface jusqu'à une re- structuration en profondeur Appliquée à une plaque de verre poli la méthode permet d'obtenir une surface régulièrement mate qui, selon la profondeur de ses reliefs, diffuse plus ou moins la lumière aussi bien en transmission15 qu'en réflexion Parfois pour des raisons diverses, tech- niques et/ou esthétiques, l'on désire maintenir une bonne transparence sur certaines zones de la plaque de verre Il suffit pour atteindre le résultat de protéger la partie intéressante avec un film en élastomère avant d'introduire20 la plaque dans l'enceinte Les produits utilisés sont par exemple le polychloroprène en feuille ou le latex déposé au pinceau La zone concernée apparaîtra intacte après le décollement de l'élastomère Le but de telles zones transpa- rentes au milieu de surfaces totalement diffusantes peut25 être de permettre à un observateur qui approche son oeil du vitrage de parfaitement voir de l'autre côté et cela sans être lui même observé Il est également possible par la même méthode, d'obtenir des effets esthétiques variés. La technique de sablage est très simple à mettre en oeuvre et elle permet d'obtenir avec une grande souplesse les réserves qu'on souhaite Les produits obtenus pré- sentent cependant deux graves inconvénients qui limitent grandement l'utilisation de la technique de sablage: les vitrages sablés sont fragilisés et très salissants On constate la plus grande fragilité du verre sablé si on compare sa résistance à la flexion (méthode des quatre points) du verre flotté de base à celle d'un échantillon sablé identique, on constate que la valeur de la contrainte au point de rupture passe de 200 à 50 M Pa Un inconvénient 3 - pratique réside lui dans la grande facilité avec laquelle les verres sablés se salissent Les empreintes digitales, en particulier laissent des traces sur leur surface qu'il est très difficile de nettoyer Le seul moyen est d'uti- 5 liser des solvants puissants et d'agir mécaniquement en brossant énergiquement. L'autre moyen pratiqué pour rendre diffusant un verre flotté, l'attaque chimique, permet de palier les deux in- convénients précédents Les techniques de matage à l'acide10 sont bien connues des spécialistes Des solutions plus ou moins visqueuses, des pâtes, sont commercialisées Elles sont toutes à base d'acide fluorhydrique auquel sont ajoutés des produits chimiques divers tels que par exemple du fluorure d'ammonium et des charges La difficulté de15 cette technique réside dans sa mise en oeuvre: les pro- duits en cause sont très actifs et il est très difficile de les faire agir régulièrement On peut utiliser pour cela des techniques de sérigraphie au travers d'un tamis en textile polyamide posé sur la surface du verre tandis que20 la pâte est déplacée sur la face supérieure du tamis à l'aide d'une raclette Une autre technique, celle du brevet français FR 1 503 587, propose d'utiliser la solution agressive sous forme d'un aérosol de manière à obtenir la condensation de gouttelettes calibrées sur le verre Le25 produit obtenu est régulier et ne présente pas les incon- vénients du produit sablé en particulier, si la mise en oeuvre de la méthode est soignée, la résistance mécanique du produit est du même ordre et même parfois meilleure - que celle du verre de base D'un autre coté l'état de sur-30 face obtenu est tel que les doigts n'y laissent en général aucune trace. Cependant, la technique de matage à l'acide montre deux types d'inconvénients, d'une part elle pose des pro- blèmes relatifs à l'environnement et d'autre part elle ne35 permet pas d'obtenir facilement un vitrage mixte, diffusant pour certaines parties de sa surface, transparent pour le reste En ce qui concerne ce dernier point, les protections qu'on pourrait placer à la surface d'un verre flotté pour empêcher le matage de la zone concernée présentent des 4 - surépaisseurs gênantes pour la sérigraphie et d'autre part, les solutions chimiques sont tellement agressives qu'elles pénètrent sous les protections et empêchent d'obtenir des délimitations nettes à la frontière des deux zones Les5 dangers de l'utilisation industrielle de l'acide flu- orhydrique sont bien connus, autant pour les hommes que pour l'environnement sans qu'il soit nécessaire de s'y at- tarder. La solution proposée par l'invention pour l'obtention de verres plats diffusants permet d'éviter les inconvé- nients précédents. L'invention propose un vitrage diffusant obtenu par laminage du verre à chaud et o l'empreinte imprimée dans le verre dans les parties diffusantes est constituée de15 cratères pyramidaux tous identiques séparés les uns des autres par des distances inférieures à leur plus grande dimension, ces cratères sont de préférence à base hexago- nale, ce sont souvent des pyramides tronquées Les bases des cratères s'inscrivent dans des cercles de diamètre20 compris entre 0,5 et 2 mm et la distance entre deux cra- tères voisins est inférieure au tiers du diamètre Le vi- trage de l'invention a une structure diffusante telle qu'elle n'est pas visible à l'oeil nu à une distance d'au moins 6 mètres Dans une variante, la distance des centres25 de deux cratères voisins est inférieure à 1 mm et la frac- tion de la lumière transmise diffusée est supérieure à 20 %. Eventuellement, les zones diffusantes précédentes enclavent des zones diffusantes à motifs de pas plus grand Dans une autre variante, le vitrage comporte, en plus des parties30 diffusantes, des plages transparentes qui sont en creux à la surface du verre, leur profondeur est comprise entre 0,5 et 1 mm et est de préférence de 0,8 mm. L'invention concerne de plus le procédé pour obtenir un vitrage diffusant par une technique de laminage à chaud dans lequel le verre est laminé entre un rouleau inférieur lisse et un rouleau supérieur comportant des pointes pyra- midales identiques régulièrement espacées dont la distance qui les sépare est inférieure à la plus grande dimension. Ce sont de préférence des troncs de pyramides hexagonales. - L'invention concerne également le rouleau pour pro- duire par laminage un verre diffusant, il comporte des pointes pyramidales identiques régulièrement espacées, la distance séparant les bases des pyramides est inférieure à 5 leur plus grande dimension, par ailleurs, les pointes pyramidales sont des troncs de pyramides hexagonales et les bases des pyramides s'inscrivent dans des cercles de dia- mètre compris entre 0,5 et 2 mm Dans une variante, la distance des centres de deux pointes pyramidales voisines10 est inférieure à 1 mm Par ailleurs, le rouleau comporte des plages lisses en relief dont l'épaisseur est comprise entre 0,5 et 1 mm et est de préférence de 0,85 mm. Les techniques de l'invention permettent ainsi d'ob- tenir avec des moyens simples, d'une mise en oeuvre tradi- tionnelle dans l'industrie, sans danger pour l'environne- ment, des produits performants et qui ne présentent pas les inconvénients des techniques antérieures: le choix du mo- tif géométrique permet de maîtriser la diffusion, la sur- face ne se salit pas et est facile à entretenir Quant aux20 zones transparentes, elles s'obtiennent très facilement et ne nécessitent aucune main d'oeuvre supplémentaire. Les figures et la description qui suivent permettront de comprendre le fonctionnement de l'invention. Les figures 1,2,3 et 4 montrent l'aspect de la surface du verre laminé selon l'invention juste après le laminage. La figure 5 représente l'aspect du verre laminé avec ses zones de vision. La figure 6 présente les résultats statistiques des tests de flexion. La technique de l'invention est une technique de la- minage Le laminage du verre chaud entre deux rouleaux est une technique connue depuis que la fabrication du verre plat est devenue industrielle Le verre pâteux qui s'écoule par débordement de la cuve d'un four chauffé soit par35 flammes au dessus du bain, soit par effet Joule dans le bain lui-même se dirige vers deux rouleaux horizontaux, en acier qui l'entraînent en lui donnant la forme d'une plaque de largeur et d'épaisseur déterminées mais de longueur in- définie L'un des rouleaux au moins, en général le rouleau 6 - supérieur, possède une surface périphérique avec un relief. Cette surface structurée est pressée sur la surface malléable du verre lors du laminage et celui-ci qui est très mou à cette température prend à cet instant l'em-5 preinte de cette structure Cependant, comme le verre pos- sède une inertie thermique non négligeable, sa surface ne se fige pas instantanément Les contraintes introduites dans la masse de verre lors de l'impression ont tendance à se relaxer en provoquant un fluage superficiel Tous ces10 phénomènes expliquent pourquoi le relief de la surface du rouleau ne se retrouve pas -en négatif à la surface du verre après son refroidissement: si l'on peut définir avec précision la structure du rouleau-imprimeur, la structure qui en résulte sur le verre froid, l'empreinte résultante,15 ne peut-être définie, elle, avec précision Lorsque qu'on veut obtenir un effet optique donné avec un verre imprimé, la meilleure manière de caractériser ce verre est de défi- nir avec précision le relief qu'il avait au moment du la- minage, lorsque la structure superficielle du rouleau a20 labouré sa surface Cette structure est la réplique, la forme exactement complémentaire de celle du rouleau. Pour atteindre le but de l'invention, c'est à dire obtenir un effet optique, une diffusion de la lumière, qui possède les mêmes qualités que ce que produit un verre maté au sable ou à l'acide, c'est à dire, une répartition régu- lière de la lumière transmise, sans orientations préféren- tielles et l'absence de structure visible à l'oeil nu à une distance inférieure à six mètres lorsqu'on éclaire l'échantillon en lumière diffuse, on a découvert qu'il suffisait d'utiliser un rouleau supérieur comportant des pointes pyramidales séparées par des zones "planes" (qui suivent en réalité la surface d'un cylindre de révolution à la périphérie du rouleau), le rouleau inférieur, quant à lui, est lisse. Sur la figure 1, on a représenté un premier exemple du relief imprimé dans la masse du verre lors du laminage. Conformément à l'invention, le rouleau comportait des pointes pyramidales séparées par des zones "planes" Les pointes étaient des troncs de pyramide à base carré Le 7 - relief obtenu sur le verre chaud comporte, en négatif, le même relief On voit en 1, la surface restée plane La base carrée de la pyramide laisse sa trace en 2 et ses surfaces latérales en 3 et le sommet tronqué produit l'empreinte5 carrée au fond du cratère 4 Dès que l'impression à été faite dans le verre pâteux au moment du laminage tous les angles vifs s'estompent C'est en particulier le cas pour les arêtes 5 de l'empreinte Les pointes pyramidales du rouleau sont disposées en quinconce et il en est évidemment10 de même pour les cratères qui marquent la surface du verre. Les dimensions des pointes pyramidales à leur base étaient 0,5 x 0,5 mm et à leur sommet tronqué 0,25 x 0,25 mm La distance séparant deux côtés parallèles qui est la même dans les deux directions pour obtenir un effet optique15 isotrope était de 0,5 mm La face latérale de la pyramide faisait un angle de sensiblement 450 avec le plan de sa base. Sur la figure 2 le motif représenté consiste en des "pointes de diamant" Les pyramides, toujours à base carrée ne sont pas tronquées Elles sont également disposées en quinconce, les alignements constituent des rangées paral- lèles aux côtés des bases des pyramides et la distance de deux axes successifs est égale à 1,5 fois le côté Le côté des carrés est de 0,5 mm.25 Sur la figure 3, la disposition est la même que sur la figure 2 mais, ici la forme de chaque pointe pyramidale est particulière La partie basse de la pointe est celle d'une pyramide carrée, mais, à mi-hauteur du sommet, la figure s 'inverse et la surface redescend, en creux à l'intérieur30 de la base L'empreinte obtenue sur le verre chaud est représentée sur la figure On voit en 6 la surface restée plane, en 7 les flancs de la grande pyramide, en creux dans le verre En 8 on trouve le carré qui constitue la ligne de rebroussement et enfin, en 9 la pointe de la pyramide in-35 versée Comme, dans l'exemple, le rebroussement était ef- fectué à mi-hauteur, la pointe 10 de la petite pyramide se trouvait sensiblement au niveau de la surface restée plane du verre 6. Le principe du motif de la figure 4 est le même que 8 - celui de la figure 1, la différence résidant dans la forme des pointes pyramidales qui sont hexagonales ici La forme obtenue dans le verre chaud est en conséquence constituée de cavités hexagonales à fond plat La forme préférée pour 5 la pyramide est celle qui a un angle de 600 entre la base et les faces La hauteur du tronc de pyramide est la moitié du diamètre du cercle circonscrit au polygone de base. On a réalisé deux variantes du motif précédent l'une, le type A, avec une distance 11 entre rangées de pyramides de 0,7 mm et une autre, le type B, avec une distance de 1,7 mm La distance 12 entre deux pyramides voisines d'une même rangée étant, elle, de respectivement également 0,7 et 1,7 mm La base de la pyramide s'inscrit dans un cercle de diamètre 0,7 mm pour le type A et de 1,67 mm pour le type15 B Il s'ensuit que les pyramides du type A ont leurs bases en contact les unes avec les autres tandis que celles du type B ont les côtés de leurs bases distants de 0,20 mm dans une même rangée et de 0,55 mm de rangée à rangée. L'effet diffusant du vitrage selon l'invention est obtenu par la juxtaposition des cratères pyramidaux précé- dents On a effectué des mesures de diffusion lumineuse aussi bien sur des échantillons du type A que sur ceux du type B, à titre de comparaison, les mesures ont été égale- ment faites avec un verre flotté sablé La mesure consiste25 à éclairer l'échantillon sous incidence normale avec un faisceau de lumière blanche parallèle et à recueillir et mesurer de l'autre côté toute la lumière transmise, à l'aide d'une sphère intégrante Celle-ci a deux positions l'une qui recueille le faisceau parallèle et l'autre qui le30 laisse sortir par un orifice ad hoc La mesure se fait sans ou avec échantillon et dans ce dernier car, avec ou sans le faisceau direct. La mesure la plus intéressante est celle de la frac- tion de la lumière transmise qui est diffusée Dans les trois cas, avec incidence du côté lisse, on a trouvé: 9 - 1 I l | | Fraction diffuse | I I % I I I l | Sablage I 65,4 l I I l | Type A | 23,0 l I I l | Type B | 51,6 l I I l On a par ailleurs réalisé des échantillons diffusants mixtes qui comportaient des motifs réguliers de "grande" taille comme ceux du type B précédent et, à la place des plages sensiblement lisses intermédiaires, une structure diffusante fine, comme celle du type A Les résultats optiques sont intermédiaires entre ceux du type A et du type B précédents.20 La forme de réalisation qu'on vient de décrire o l'ensemble de la surface est diffusante est évidemment la plus efficace, cependant, pour permettre la vision au tra- vers de certaines zones du vitrage ou pour des raisons es- thétiques, l'invention prévoit d'insérer des plages trans-25 parentes réparties dans les parties diffusantes de surface globale beaucoup plus importantes que la somme des surfaces des plages transparentes On a représenté figure 5, trois exemples de réalisation Le motif 13 comporte des bandes transparentes parallèles séparées par des zones30 diffusantes Les lignes transparentes 14 ont une largeur de 2 mm et une profondeur au moment du laminage de 0,8 mm, leur écartement entre axes est de 22 mm La zone intermé- diaire diffusante 15 est constituée de la juxtaposition de cratères hexagonaux distants de 0,7 mm Le motif 16 est en35 tous points identique à l'exception de la forme des lignes qui, au lieu d'être droite est sinusoïdale avec une période de 30 mm Quant au motif 18, il comporte isolées dans la partie diffusante analogue aux précédentes des zones claires 19 qui sont des carrés de 2 mm de côté placés eux- - mêmes de manière à réaliser un maillage carré d'un pas de 9 mm A la surface du verre, les indentations des carrés 19 ont une profondeur de 0,8 mm. Pour réaliser le rouleau lamineur supérieur qui pro- duit un verre comportant à la fois des zones diffusantes à grain assez fin telles que 15, et des zones lisses mais avec un relief prononcé à la surface du rouleau telles que 14,17,19 il a fallu utiliser une technique particulière. D'habitude, la gravure d'un rouleau lamineur s'effectue à l'aide d'une molette cylindrique dont le périmètre à une longueur égale au pas du motif dans le sens de coulée du verre tandis que sa largeur est un multiple du pas de ce même motif dans la direction perpendiculaire En utilisant la technique de gravure traditionnelle, il est impossible15 de réaliser les rouleaux lamineurs conformes à l'invention. La technique mise au point pour réaliser le rouleau la- mineur supérieur en acier doux s'effectue en deux étapes. Tout d'abord, on réalise grâce à une molette adaptée (lisse) la partie du rouleau correspondant aux plages lisses en pressant pour les faire fluer, les zones com- prises entre ces plages Dans un deuxième temps, une autre molette dont la surface comporte en creux, l'équivalent des pointes pyramidales qu'on veut imprimer sur le rouleau, vient produire l'indentation des zones intermédiaires qui25 seront diffusantes sur le verre fini. Le but de l'invention est de fournir des vitrages diffusants ayant des propriétés équivalentes ou meilleures que celles des vitrages obtenus par les techniques de sa- blage ou de matage à l'acide tout en étant meilleur marché30 et non polluantes Parmi les performances, le fait que les verres laminés soient insensibles aux traces de doigts est bien connu et de ce point de vue, les vitrages de l'inven- tion ont des propriétés bien supérieures à celles des verres sablés On souhaitait également obtenir de meil-35 leures performances mécaniques On a donc procédé à des essais de flexion Ceux-ci sont réalisés sur un dynamomètre commercialisé par INSTRON sur des échantillons d'épaisseur 4 mm d'une longueur de 80 mm et d'une largeur de 40 mm Le dispositif de flexion est dit "à quatre appuis" et il il - permet d'obtenir une contrainte uniforme sur une zone de 40 X 40 mm Pour chaque type de verre, on a mesuré une tren- taine d'échantillons et on a procédé à un dépouillement statistique, on a tracé en particulier les droites de WEI-5 BULL qui montrent que dans les cinq cas, la répartition était sensiblement gaussienne. Ces droites sont représentées figure 6 On a porté en abscisse le logarithme naturel de la contrainte de rupture a en mégapascals et en ordonnées, le pourcentage cumulé des10 échantillons dont la casse s'est produite pour une con- trainte correspondant à l'abscisse concernée L'échelle des pourcentages correspond à la répartition gaussienne Sur la figure 6, on voit en 20, le comportement d'un échantillon sablé En 21, se trouve la droite de WEIBULL des échantil-15 lons du type B c'est à dire obtenus avec des pointes pyra- midales hexagonales au pas de 1,7 mm 22 est la courbe de WEIBULL du type A, c'est à dire avec un pas de 0,7 mm Sur l'autre partie de la figure 6, on voit avec une échelle d'abscisses différente, en 23 la même droite (correspondant20 au type B) En 24 on voit la synthèse des résultats de flexion obtenus avec un verre laminé aux deux faces lisses. Les valeurs médianes des quatre types de verre sont reprises dans le tableau. CONTRAINTE DE RUPTURE SOUS FLEXION (médiane) l Verre Sablé Type B Type A Laminé lisse 1 j 1 1 1 I Ln (a) | 3, 95 4,04 4,40 j 4,68 l Ce tableau montre que les résultats obtenus avec les verres laminés de l'invention sont intermédiaires entre ceux d'un verre laminé lisse et ceux d'un verre sablé. 12 - RKVKNJDICATIONS 1 Vitrage diffusant obtenu par laminage du verre à chaud caractérisé en ce que l'empreinte imprimée dans le verre dans les parties diffusantes est constituée de cra- 5 tères pyramidaux tous identiques séparés les uns des autres par des distances inférieures à leur plus grande dimension. 2 Vitrage selon la revendication 1 caractérisé en ce que les cratères pyramidaux sont choisis parmi ceux à base hexagonale ou carrée.10 3 Vitrage selon la revendication 2 caractérisé en ce que les cratères pyramidaux sont des pyramides tronquées. 4 Vitrage selon la revendication 3 caractérisé en ce que les bases des cratères s'inscrivent dans des cercles de diamètre compris entre 0,5 et 2 mm.15 5 Vitrage selon la revendication 4 caractérisé en ce que la distance entre deux cratères voisins est inférieure au tiers du diamètre. 6 Vitrage selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la structure diffusante n'est pas visible à l'oeil nu à une distance d'au moins 6 mètres. 7 Vitrage selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la distance des centres de deux cra- tères voisins est inférieure à 1 mm. 8 Vitrage selon la revendication 7 caractérisé en ce que la fraction de la lumière transmise diffusée est supé- rieure à 20 %. 9 Vitrage comportant des plages diffusantes selon l'une des revendications précédentes au milieu desquelles sont intercalées des zones diffusantes à motifs de pas plus30 grand. Vitrage diffusant selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte en plus des parties diffusantes, des plages transparentes. 11 Vitrage selon la revendication 10 caractérisé en ce que les plages transparentes sont en creux à la surface du verre. 12 Vitrage selon la revendication 11 caractérisé en ce que la profondeur des plages transparentes est comprise entre 0,5 et 1 mm et est de préférence de 0,8 mm. 13 - 13 Procédé pour obtenir un vitrage diffusant par une technique de laminage à chaud caractérisé en ce que le verre est laminé entre un rouleau inférieur lisse et un rouleau supérieur comportant des pointes pyramidales iden-5 tiques régulièrement espacées dont la distance qui les sé- pare est inférieure à la plus grande dimension. 14 Procédé selon la revendication 13 caractérisé en ce que les pointes pyramidales sont des troncs de pyramides hexagonales.10 15 Rouleau pour produire par laminage un verre dif- fusant caractérisé en ce qu'il comporte des pointes pyra- midales identiques régulièrement espacées. 16 Rouleau selon la revendication 15 caractérisé en ce que la distance séparant les bases des pyramides est inférieure à leur plus grande dimension. 17 Rouleau selon la revendication 15 ou la revendi- cation 16 caractérisé en ce que les pointes pyramidales sont des troncs de pyramides hexagonales. 18 Rouleau selon la revendication 17 caractérisé en ce que les bases des pyramides s'inscrivent dans des cer- cles de diamètre compris entre 0,5 et 2 mm. 19 Rouleau selon l'une des revendications 15 à 18 caractérisé en ce que la distance séparant les centres de deux pointes pyramidales voisines est inférieure à 1 mm.25 20 Rouleau selon l'une des revendications 15 à 19 caractérisé en ce qu'il comporte des plages lisses en re- lief. 21 Rouleau selon la revendication 20 caractérisé en ce que l'épaisseur des plages lisses est comprise entre 0,5 et 1 mm et est de préférence de 0,85 mm.