Brevet FR2675140A1 — publié le 19921016

-1 VITRAGE FEUILLETE L a présente invention concerne un vitrage feuilleté pour véhicule de transport, en particulier un vitrage pour avion, notamment un pare-brise pour avion. Dans les vitrages feuilletés pour avions comprenant au moins deux feuilles de verre trempées thermiquement ou chimiquement, la couche intercalaire thermoplastique uti- lisée est constituée généralement par plusieurs plis en polyvinylbutyral plastifié (désigné par la suite dans la description par PVB> Le choix du PVB provient de ce que le PVB présente un module en traction élevé et un allongement20 à la rupture important et qu'il peut remplir un rôle d'ab- sorbeur d'énergie tout en assurant l'étanchéité d'un vi- trage dans lequel toutes les feuilles de verre sont brisées. Lorsqu'un tel vitrage feuilleté est placé dans les conditions habituelles d'un vol à haute altitude, il est soumis d'une part à des différences de pressions impor- tantes entre ses deux faces, et d'autre part à des diffé- rences de températures également importantes entre ces mêmes faces Comme le PVB présente un coefficient de dila-30 tation bien supérieur à celui des feuilles de verre, le vitrage est soumis dès lors à des contraintes notamment à des contraintes en cisaillement importantes, s'exerçant surtout au niveau des bords du vitrage Ces contraintes élevées peuvent encore être augmentées lorsque le vitrage est soumis à des chocs, en particulier à basse température, par exemple lors d'impacts d'oiseaux, le PVB présentant à ces basses températures inférieures à O WC, un module en traction fortement augmenté. Le problème lié aux contraintes est encore accentué 2 lorsque l'intercalaire comporte, noyé dans ses bords, une ceinture périphérique métallique ou en une matière strati- fiée, augmentant la rigidité du vitrage et/ou permettant ou facilitant le cas échéant un montage, par boulonnage par 5 exemple, du vitrage dans la baie de carrosserie du cockpit. Des solutions ont déjà été proposées pour diminuer les contraintes évoquées ci-dessus, et pour réduire par consé- quent les risques de défaillance du vitrage Une des solu- tions consiste à appliquer un matériau agissant comme sé-10 parateur dans la partie marginale du vitrage Cette solu- tion peut convenir pour des vitrages de faibles dimensions. Elle n'est cependant généralement pas satisfaisante pour des vitrages de la taille d'un pare-brise d'avion En ou- tre, les matériaux séparateurs peuvent favoriser la péné-15 tration de l'humidité dans l'intercalaire PVB, entrainant des pertes d'adhésion en des emplacements non désirés, ainsi que des pertes des qualités optiques du vitrage, en particulier de la transparence En plus, les matériaux sé- parateurs ne présentent pas la qualité optique des couches20 employées dans les vitrages feuilletés, et leur utilisation réduit le champ de vision du vitrage. On a aussi proposé, d'après la publication de brevet FR-A-2 310 979 de placer un film continu en polyuréthane entre la couche de PVB et la feuille de verre Le film de25 polyuréthane dévie l'effort de cisaillement réduisant ainsi l'effet de la contraction thermique du PVB. Cette solution présente encore des inconvénients Elle nécessite généralement une activation de l'adhésion pour le polyuréthane sur la totalité de la surface de contact avec30 le verre Elle implique en outre un interface supplémen- taire entre deux produits thermoplastiques différents, en particulier d'indices de réfraction différents, ce qui peut induire à nouveau des défauts optiques dans le vitrage. Lorsqu'en outre les feuilles de verre au contact de l'intercalaire sont des feuilles de verre trempées chimi- quement, les contraintes signalées précédemment peuvent conduire à un clivage du verre, c'est-à-dire à une rupture dans un plan sensiblement parallèle au plan du verre. L'invention obvie aux inconvénients cités Elle 3 propose une nouvelle structure de vitrage feuilleté qui présente les propriétés mécaniques et optiques recherchées et qui se conservent dans le temps et dans les conditions de températures et de pressions auxquelles peut être soumis 5 un vitrage avion. Le vitrage selon l'invention comprend au moins deux feuilles de verre liées par un intercalaire en PVB, cet intercalaire ne s'étendant pas au delà de la périphérie de la feuille de verre la plus large (de plus grandes dimen-10 sions) et présentant dans au moins une des deux couches superficielles au contact des feuilles de verre, un taux de plastifiant plus élevé que le taux de plastifiant dans la couche intérieure de l'intercalaire, le rapport entre le taux de plastifiant de la couche superficielle et celui de15 la couche intérieure étant compris entre 1,2 et 3. Sous un des aspects du vitrage selon l'invention, les deux couches superficielles (ou extérieures) au contact des feuilles de verre présentent un taux de plastifiant plus élevé que celui utilisé pour la couche intérieure. La teneur en plastifiant influe sur certaines pro- priétés mécaniques du PVB plastifié et en particulier sur le module d'élasticité. Généralement, plus le taux de plastifiant est élevé et plus le module d'élasticité est faible A titre d'exemple, un PVB présentant un taux de plastifiant de 40 parts pour parts de résine PVB présente un module d'élasticité à 00 C de 60 M Pa environ, alors qu'un PVB présentant un taux de plastifiant de 20 parts pour 100 parts de résine PVB présente un module d'élasticité à O C de 120 M Pa environ.30 Sous un des aspects du vitrage selon l'invention, l'intercalaire en PVB présente une teneur en plastifiant comprise entre 30 et 45 parts de plastifiant et de préfé- rence entre 35 et 42 parts de plastifiant pour au moins une des deux couches extérieures et une teneur en plastifiant35 comprise entre 15 et 25 parts de plastifiant et de préférence entre 17 et 22 parts de plastifiant pour la couche intérieure. Dans une forme de réalisation du vitrage selon l'in- vention, le taux de plastifiant du PVB de l'intercalaire 4 décroit régulièrement ou par paliers, un palier corres- pondant par exemple à au moins un pli de l'intercalaire, en partant de la face au contact du verre jusqu'au pli médian. Dans une autre forme de réalisation du vitrage selon l'invention, seul deux taux de plastifiant sont utilisés pour le PVB de l'intercalaire, un taux élevé pour au moins une des deux (généralement les deux) couches extérieures et un taux plus faible pour la couche intérieure. Le rapport entre les épaisseurs des couches présentant un taux élevé de plastifiant et les épaisseurs des couches présentant un taux plus faible peut varier largement et notamment selon la taille du vitrage, selon son utilisation par exemple en tant que pare-brise d'avion, selon le nombre de plis (ou couches> qu'il comporte au total.15 A titre d'indication, pour un pare-brise d'avion le rapport des épaisseurs des couches de PVB à taux de plas- tifiant élevé aux épaisseurs des couches de PVB à taux de plastifiant plus faible pour un même intercalaire peut être compris entre 0,05 et 1.20 Le PVB plastifié est obtenu par mélange de la résine de PVB avec le plastifiant Les plastifiants convenables sont ceux connus pour le PVB On peut citer par exemple des adipates de di-alkyles, des adipates mixtes d'alkyle et d'alkylaryle, des esters carboxyliques du glycol, des mé-25 langes de ces produits. Les deux feuilles de verre liées par l'intercalaire qui selon l'invention présente des teneurs en plastifiant différentes selon la couche, sont avantageusement des feuilles de verre trempées chimiquement, c'est-à-dire des30 feuilles de verre ayant subies un traitement de renforce- ment chimique connu en soi Ce traitement consiste par exemple en un échange d'ions dans les couches superficiel- les du verre, les ions de petite taille étant remplacés par des ions de plus grande taille.35 Une feuille de verre trempée chimiquement présente généralement des couches en compression d'épaisseurs plus faibles que celles présentées par des feuilles de verre trempées thermiquement, et elles peuvent alors dans cer- taines conditions subir une rupture par clivage du verre. La structure du vitrage selon l'invention élimine ce pro- blème. Le vitrage selon l'invention présente de très bonnes propriétés de résistance aux différentes contraintes aux- quelles il est soumis, notamment à haute altitude lorsqu'il s'agit d'un vitrage avion Néanmoins, on peut encore amé- liorer ces propriétés, le cas échéant, en combinant l'in- tercalaire selon l'invention avec des éléments séparateurs dans la partie marginale du vitrage, ou avantageusement10 avec au moins un anneau disposé entre l'intercalaire et une feuille de verre dans la partie marginale du vitrage, cet anneau présentant des propriétés d'adhésion avec l'inter- calaire et avec le verre, cet anneau étant formé d'une ma- tière plastique présentant des propriétés d'allongement15 supérieures à celles de la couche intérieure de l'interca- laire, ainsi qu'un module au cisaillement plus faible. La matière plastique formant l'anneau peut être choi- sie parmi des silicones thermodurcissables, des élastomères thermodurcissables notamment des polyuréthanes thermodur-20 cissables, des élastomères thermoplastiques notamment des polyuréthanes thermoplastiques. Ces matières plastiques pouvant être utilisées pré- sentent un allongement à la rupture compris entre 200 et 700 % et de préférence entre 300 et 600 % et un module au cisaillement compris entre 1 et 100 M Pa et de préférence entre 10 et 80 M Pa, ces valeurs étant des valeurs mesurées pour des températures comprises entre -300 C et 400 C envi- ron. L'épaisseur de l'anneau est de préférence comprise entre 5 et 15 % de 1 épaisseur du PVB séparant les deux feuilles de verre L'anneau est de préférence chevauché par la couche superficielle en PVB à taux de plastifiant élevé. L'anneau peut remplacer, dans la partie marginale du vi- trage, une ou plusieurs épaisseurs (plis) de PVB à faible35 taux de plastifiant. La largeur de l'anneau est par exemple comprise entre et 100 mm Cette largeur dépend également des dimensions du vitrage Elle est généralement comprise entre 2 et 15 % de ces dimensions en longueur ou en largeur La largeur de 6 l'anneau peut aussi varier le long du pourtour d'un même vitrage selon sa forme et ses dimensions. Pour éviter des contraintes localisées au niveau du bord intérieur de l'anneau, l'épaisseur du bord de cet an- neau peut décroître progressivement vers la face du verre. Lorsque l'anneau est formé de plusieurs plis, la structure du bord peut être une structure en marches d'escalier, la hauteur de chaque marche correspondant à l'épaisseur de chaque pli, qui de préférence est inférieure à 0,5 mm.10 Lorsqu'il est formé d'un seul pli, la structure de bord peut présenter une forme en biseau L'angle d'inclinaison de la ligne de décroissance du bord est de préférence in- férieur à 450. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description suivante d'exemples de réalisation faite en référence aux figures. La figure 1 est une vue en coupe d'un vitrage selon l'invention. La figure 2 est une vue en coupe d'une autre réalisa- tion d'un vitrage selon l'invention. La figure 3 est une vue en coupe d'une troisième réa- lisation d'un vitrage selon l'invention. La figure 1 représente un vitrage 1 selon l'invention formé de deux feuilles de verre trempées chimiquement, une feuille de verre extérieure 2 de 4 mm d'épaisseur et une feuille de verre intérieure 3 de 6 mm d'épaisseur entre lesquelles est disposé un intercalaire 4 formé de 7 plis de PVB Les deux plis extérieurs 5, 6 au contact des feuilles de verre présentent une épaisseur de 0,76 mm et sont formés30 de PVB à haut taux de plastifiant, par exemple 37,5 parts d'adipate de di-n-hexyle pour 100 parts de PVB Les cinq plis intérieurs 7, de 0,5 mm d'épaisseur chacun sont formés de PVB à taux de plastifiant plus faible, par exemple 19,5 parts d'adipate de di-n-hexyle pour 100 parts de résine35 PVB. Le vitrage présente les propriétés mécaniques de ré- sistance aux chocs, même à basse température, par exemple à -200 C, et il ne montre aucun phénomène de délamination des couches, d'écaillage du verre ou de clivage Sa 7 transparence est parfaite. Sur la figure 2, on a représenté en coupe une autre réalisation du vitrage selon l'invention, pouvant être utilisé comme pare-brise (ou glace frontale) pour avion Ce 5 vitrage 8 comprend une feuille de verre 9 semi trempée thermiquement de 4 mm d'épaisseur, un premier intercalaire formé de 9 plis 11 de 0,5 mm d'épaisseur en PVB plasti- fié avec 19,5 parts de plastifiant pour 100 parts de résine de PVB, et d'un pli 12 de 0,76 mm d'épaisseur en PVB plas-10 tifié avec 39 parts de plastifiant pour 100 parts de ré- sine Ce pli 12 est au contact d'une seconde feuille de verre 13 trempée chimiquement, de 8 mm d'épaisseur (Un pli analogue avec un taux de plastifiant élevé peut aussi être prévu entre la feuille de verre 9 et les plis 11 de l'in-15 tercalaire) Entre cette seconde feuille de verre 13 et une troisième feuille de verre 14 qui est également trempée chimiquement, est disposé un second intercalaire 15 com- prenant deux plis extérieurs 16, 17 au contact des feuilles de verre 13, 14, de 0, 76 mm d'épaisseur formés de PVB20 plastifié avec 39 parts de plastifiant pour 100 parts de résine de PVB, et 6 plis intérieurs 18, de 0,5 mm d'épais- seur formés de PVB plastifié avec 19,5 parts de plastifiant pour 100 parts de résine de PVB. La feuille de verre extérieure 9 peut comporter une résistance chauffante par exemple sous forme d'une couche conductrice chauffante 19 connue en soi. Le vitrage décrit ci-dessus satisfait au test de qua- lification d'un pare-brise d'avion gros porteur En parti- culier il résiste parfaitement au choc à l'oiseau sans30 rupture, notamment par clivage des feuilles de verre trempées chimiquement. La figure 3 représente un vitrage 20 selon l'invention formé de deux feuilles de verre trempées chimiquement, une feuille de verre extérieure 21 et une feuille de verre in-35 térieure 22 entre lesquelles est disposé un intercalaire 23 formé de 10 plis 24 de PVB plastifié à 19,5 parts de plas- tifiant, de 0,5 mm d'épaisseur, et d'un pli 25 de PVB plas- tifié à 39 parts de plastifiant au contact de chacune des deux feuilles de verre En périphérie du vitrage, ces plis chevauchent deux anneaux 26, 27 en polyuréthane de 0,5 mm d'épaisseur Pour compenser la surépaisseur dûe à l'an- neau, le premier pli 28 de PVB plastifié à 19,5 parts pré- sente des dimensions réduites d'une largeur correspondant à 5 la largeur de l'anneau Le polyuréthane formant les anneaux est par exemple un élastomère thermodurcissablt-, obtenu par injection ou moulage, ou encore un polyuréthane thermo- plastique Ce polyuréthane présente un allongement à la rupture de 350 % et un module au cisaillement de 60 M Pa10 mesurés à une température de -300 C Ce polyuréthane adhère au verre et au PVB Les valeurs d'adhésion mesurées d'après le test de pelage décrit ci-après est de 15 da N/cm pour l'adhésion polyuréthane- verre. Les valeurs d'adhésion, sont mesurées à partir d'éprouvettes en verre de 8 x 8 cm revêtues d'une couche obtenue à partir du polyuréthane formant l'anneau On dé- coupe une languette de 1 cm de large dans la couche de re- vêtement et on la décolle sur 3 cm. Le test proprement dit consiste à tirer sur la lan- guette, perpendiculairement à la surface du verre, à une vitesse de traction de 2 cm/mn On mesure la force néces- saire pour le pelage. La largeur d'un anneau est par exemple de 20 mm alors que le vitrage présente des dimensions en longueur et en largeur de l'ordre de 500 mm. Les bords intérieurs 29, 30 des anneaux peut présenter une forme en biseau, l'angle c W étant de préférence infé- rieur à 450, et ici par exemple de 20 degrés environ Cette diminution progressive de l'épaisseur de l'anneau procurée30 par cette forme en biseau évite tout risque de distorsion optique et procure une meilleure liaison verre-polyuréthane PVB. REVENDICATIONS L Vitrage feuilleté, notamment pare-brise d'avion, comprenant au moins deux feuilles de verre ( 2, 3, 13, 14, 21, 22) liées par un intercalaire ( 4, 5, 23) en polyvi- nylbutyral, caractérisé en ce que l'intercalaire en pol- yvinylbutyral ne s'étend pas au delà de la périphérie de la feuille de verre de plus grande dimension et en ce qu'il présente dans au moins ( 5, 6, 16, 17, 25) une des deux couches superficielles au contact des feuilles de verre, un10 taux de plastifiant plus élevé que dans la couche inté- rieure ( 7, 18, 24) de l'intercalaire, le rapport entre le taux de plastifiant de la couche superficielle et celui de la couche intérieure étant compris entre 1,2 et 3. 2 Vitrage feuilleté selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les deux feuilles de verre sont des feuilles de verre trempées chimiquement. 3 Vitrage feuilleté selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le taux de plastifiant est compris entre 30 et 45 parts de plastifiant pour 100 parts de ré- sine de PVB pour le PVB plastifié des couches superficiel- les et compris entre 15 et 25 parts de plastifiant pour le PVB plastifié de la couche intérieure. 4 Vitrage feuilleté selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le taux de plastifiant du PVB de l'intercalaire décroît par paliers, en partant de la face au contact du verre jusqu'au pli médian. Vitrage feuilleté selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le taux de plastifiant du PVB de l'intercalaire décroît régulièrement en partant de la face au contact du verre jusqu'au pli médian. 6 Vitrage feuilleté selon la revendication 3, carac- térisé en ce que le taux de plastifiant est compris entre et 42 parts de plastifiant pour 100 parts de résine de PVB pour le PVB plastifié des couches superficielles et compris entre 17 et 22 parts de plastifiant pour le PVB plastifié de la couche intérieure. 7 Vitrage feuilleté selon la revendication 6, carac- térisé en ce que le rapport des épaisseurs entre les cou- ches superficielles à haut taux de plastifiant et les couches intérieures à taux plus faible est compris entre 0,05 et 1. 8 Vitrage feuilleté selon une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend trois feuilles de verre liées par deux intercalaires en PVB. 9 Vitrage feuilleté selon une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le plastifiant du PVB est choisi parmi les adipates de di-alkyles, les adipates mixtes d'alkyle et d'alkylaryle, des esters carboxyliques du10 glycol, des mélanges de ces produits. Vitrage feuilleté selon une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend dans sa partie margi- nale au moins un anneau ( 26, 27) en une matière plastique présentant un module au cisaillement plus faible et des15 propriétés d'allongement supérieures à celles du PVB de la couche intérieure de l'intercalaire. 11 Vitrage feuilleté selon la revendication 10, ca- ractérisé en ce que l'anneau est chevauché par la couche superficielle du PVB à taux de plastifiant élevé, dans la20 partie marginale du vitrage. 12 Application d'un intercalaire en polyvinylbutyral plastifié présentant des couches extérieures comprenant un taux de plastifiant plus élevé que le taux de plastifiant pour la couche intérieure, en tant qu'intercalaire entre25 deux feuilles de verre trempées chimiquement pour la fa- brication d'un vitrage avion afin d'éviter un clivage du verre sous l'action d'un choc.