Brevet FR2680364A1 — publié le 19930219

VITRAGE FEUILLETE DE SECURITE POUR AVION La présente invention concerne un vitrage de sécurité pour avion, notamment un pare-brise ou un vitrage latéral de cokpit (cabine de pilotage). Les vitrages feuilletés en verre pour avion sont constitués de plusieurs feuilles de verre (plis), géné- ralement deux ou trois, et d'intercalaires thermoplastiques en polyvinylbutyral plastifié (PVB) et/ou en polyuréthane. Ces vitrages sont conçus pour maintenir la pressurisation à l'intérieur de l'avion en cas de casse accidentelle pour une raison ou une autre d'un des plis de verre. Lorsque le pli en question est celui orienté du côté intérieur à la cabine, la fracture ou fissuration du verre peut se propager sur toute l'étendue du vitrage suivant des formes de propagation fonction du type de renforcement du verre Ce renforcement peut être une trempe thermique ou une trempe chimique ou un recuit. Lorsque le verre est trempé thermiquement, généralement sa fragmentation ne génère pas d'éclats ou de fragments libres au départ et le long de la fracture. En revanche, lorsque le verre est trempé chimiquement ou lorsqu'il est recuit, la fragmentation peut générer des petits éclats ou aiguilles le long des lignes de fracture. Lorsque la fracture du verre se produit en altitude, la pression interne présente dans la cabine maintient le vitrage en compression et les éclats sur la face du vitrage. Mais, lorsque l'avion perd de l'altitude, le nouvel équili- bre des pressions auxquelles est soumis le vitrage peut entraîner une ouverture des fractures et éventuellement la -2- libéralisation des éclats. L'invention obvie aux inconvénients cités Elle propose une structure de vitrage feuilleté pour avion qui supprime le risque de libéralisation ou de projection d'éclats dans le cokpit ou la cabine en cas de rupture de la feuille de verre orientée vers l'intérieur de ladite cabine. Le vitrage feuilleté selon l'invention utilise une couche de revêtement transparente anti-éclats en polyuréthane qui recouvre entièrement la face de la feuille de verre orientée vers la cabine. La feuille de verre revêtue par la couche anti-éclats est avantageusement selon l'invention une feuille de verre trempée chimiquement, c'est-à-dire une feuille de verre ayant subi un traitement de renforcement chimique connu en soi Ce traitement consiste par exemple en un échange d'ions dans les couches superficielles du verre, les ions de petites tailles étant remplacés par des ions de plus grandes tailles 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 Elle peut être alors plus sujette à la formation d'éclats en cas de rupture. La couche de revêtement anti-éclats est selon l'inven- tion une couche transparente de polyuréthane présentant une haute capacité de déformation élastique, formée d'un poly- uréthane présentant des liaisons de réticulation, c'est-à- dire un polyuréthane thermodurcissable. Cette couche de polyuréthane a dans les conditions normales de température, une haute capacité de déformation élastique, un faible module d'élasticité, inférieur à 2000 da N/cm 2 et de préférence inférieur à 200 da N/cm 2, et un allongement à la rupture de plus de 60 % avec moins de 2 % de déformation plastique et de préférence un allongement à la rupture de plus de 100 % avec moins de 1 % de déformation plastique Les couches préférées de ce type sont des polyu- réthanes thermodurcissables ayant un module d'élasticité d'environ 25 à 200 da N/cm 2 et un allongement d'environ 100 à % avec moins de 1 % de déformation plastique. Des exemples de monomères qui conviennent pour la 3 - préparation de ces polyuréthanes thermodurcissables sont d'une part les isocyanates difonctionnels aliphatiques comme le 1,6-hexanediisocyanate, le 2,2,4-triméthyl-1,6-hexanedii- socyanate, le 2,4,4-triméthyl-1,6-hexanediisocyanate, le 1,3-bis (isocyanatométhyl) benzène, le bis ( 4-isocyanatocy- clohexyl) méthane, le bis ( 3-méthyl-4-isocyanatocyclohexyl) méthane, le 2,2-bis ( 4isocyanatocyclohexyl) propane et le 3-isocyanatométhyl-3,5,5triméthylcyclohexylisocyanate, ainsi que les biurets, isocyanurates et prépolymères de ces composés ayant une fonctionnalité de 3 ou davantage et d'autre part les polyols polyfonctionnels, comme les polyols ramifiés tels que les polyesterpolyols et polyétherpolyols obtenus par réaction d'alcools polyfonctionnels, notamment le 1,2,3- propanetriol (glycerol), le 2,2-bis (hydroxyméthyl) -1-propanol (triméthyloléthane), le 2,2-bis (hydroxyméthyl) -1-butanol (triméthylolpropane), le 1,2,4-butanetriol, le 1,2,6-hexanetriol, le 2,2-bis (hydroxyméthyl) 1,3-propa- nediol (pentaérythritol) et le 1,2,3,4,5,6-hexanehexol (sorbitol), avec des diacides aliphatiques comme l'acide malonique, l'acide succinique, l'acide glutarique, l'acide adipique, l'acide subérique et l'acide sébacique ou avec des éthers cycliques, comme l'oxyde d'éthylène, l'oxyde de 1,2-propylène et le tétrahydrofurane. Le poids moléculaire des polyols ramifiés est avanta- geusement d'environ 250 à 4000 et de préférence d'environ 450 à 2000 Des mélanges de différents polyisocyanates et polyols monomères peuvent être utilisés Des polyols bifonctionnels peuvent être ajoutés au mélange réactionnel. Le composant polyol préféré est choisi parmi un poly- étherpolyol d'un poids moléculaire d'environ 450, obtenu par condensation d'oxyde de 1,2-propylène avec un 2,2-bis (hydroxyméthyl)-l-butanol et ayant une teneur en groupements hydroxyles libres d'environ 10,5 à 12 % en poids, un polyes- terpolyol faiblement ramifié à base de triméthylolpropane, de 1,6-hexanediol, d'acide adipique et d'acide o-et i-phta- lique, ayant une teneur en radicaux OH de 3 à 5 % en poids, un lactonepolyesterpolyol trifonctionnel à base de trimét- hylolpropane ou de glycérol et d' -caprolactone ayant une teneur en groupements OH de 8 à 12 % en poids environ. 4. Les couches en polyuréthane anti-éclats appliquées selon l'invention de façon préférée sont choisies parmi un polyuréthane aliphatique résultant de la condensation d'un biuret de 1,6- hexaméthylenediisocyanate contenant de 21 à 5 24 % en poids de radicaux NCO avec un polyéther hydroxylé aliphatique ramifié résultant de la condensation d'oxyde de propylène sur du triméthylolpropane, ce polyéther contenant environ de 10,5 à 12 % en poids de radicaux OH, le rapport NCO/OH exprimé en poids étant compris entre 0,9 et 1,1, et10 un polyuréthane formé à partir d'un mélange réactionnel comprenant un composant isocyanate choisi parmi les biurets ou les isocyanates trifonctionnels de 1,6-hexaméthylenedii- socyanate ayant une teneur en radicaux NCO de 15 à 25 % en poids et un composant polyol choisi parmi les polyesterpo-15 lyols de fonctionnalité supérieure à 2 ayant une teneur en radicaux OH de 3 à 12 % en poids et en ce que ce mélange réactionnel présente un rapport NCO/OH exprimé en équiva- lents de 0,9 à 1,1 et de préférence d'environ 1. Ces couches de polyuréthane présentent une très bonne résistance à la rayure et à l'abrasion. Dans leur application selon l'invention, à une couche de revêtement anti-éclats pour une feuille de verre d'un vitrage avion, susceptible de générer des éclats en cas de fragmentation, il n'est pas nécessaire que la couche pré-25 sente une forte épaisseur Pour la fonction désirée, une épaisseur de 50 "n peut déjà s'avérer suffisante On choisi cependant de préférence une épaisseur de 100 gm à 600 wm. Cette épaisseur peut être obtenue par une ou plusieurs pulvérisations d'un mélange réactionnel apte à former la couche directement sur la feuille de verre à revêtir, éventuellement traitée au préalable par une composition de primage La pulvérisation du mélange réactionnel peut être réalisée à l'aide d'un pistolet ou à l'aide d'un bol tournant, le mélange des composants pouvant dans ce cas35 être réalisé dans la tête de pulvérisation Un dispositif à bol tournant convenable est décrit dans la publication de brevet EP 161 184 de laquelle l'homme de métier pourra ti- rer l'enseignement nécessaire. Après pulvérisation directe sur la feuille de verre, la couche formée est polymérisée par la chaleur, par exemple par une mise du vitrage en étuve à une température de l'ordre de 80 à 140 degrés C pendant une durée de 5 mi- nutes à 30 minutes environ. Dans une variante, la couche anti-éclats peut se pré- senter sous la forme d'une feuille préfabriquée qui en plus de la couche de polyuréthane thermodurcissable comprend une couche, notamment une couche de polyuréthane thermoplasti- que, ayant des propriétés d'adhésion avec le verre Ce peut être alors une feuille préfabriquée comme décrit par exem- ple dans la publication de brevet français 2 398 606 de laquelle l'homme de métier pourra tirer l'enseignement né- cessaire. L'assemblage de la feuille préfabriquée avec le vi- trage peut s'effectuer par calandrage ou tamponnage. La couche anti-éclats lorsqu'elle se présente sous la forme d'une feuille peut aussi être assemblée au vitrage pour en revêtir la feuille de verre intérieure par l'in- termédiaire d'une couche adhésive qui elle-même se présente sous forme d'une feuille ou d'un film notamment en un20 polyuréthane. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la suite de la description faite en ré- férence aux figures. * La figure 1 représente un vitrage 1 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 Les deux plis extérieurs 5 au contact des feuilles de verre présentent30 une épaisseur de 0,76 mm et sont formés de PVB à haut taux de plastifiant (plastifiant usuel), par exemple 37,5 parts pour 100 parts de résine de PVB (Dans une variante, ces plis peuvent être formés de polyuréthane thermoplastique). Les 5 plis intérieurs 6 de 0,5 mm d'épaisseur chacun, sont35 formés de PVB à taux de plastifiant plus faible, par exem- ple 19,5 parts pour 100 parts de résine de PVB. La feuille de verre intérieure 3 est revêtue d'une couche de polyuréthane thermodurcissable 7, de 200 lim d'épaisseur, obtenue par pulvérisation d'un mélange -6- réactionnel d'un composant isocyanate, à savoir un biuret de 1,6-hexaméthylènediisocyanate ayant une teneur en radicaux NCO libres de 23 % en poids et d'un composant polyol, à savoir un polyétherpolyol d'un poids moléculaire de 450 obtenu par condensation d'oxyde de 1,2-propylène avec du 2,2-bis (hydroxyméthyl)-l-butanol ayant une teneur en radicaux OH libres de 1,1 Le rapport en équivalents NCO/OH du mélange est de 0,8 environ Au composant polyol peut être ajouté du dilaurate de dibutylétain en tant que catalyseur, un ester fluoroalkylé en tant qu'agent d'étalement, un sébaçate de bis ( 1,2,2,6,6-pentaméthyl-4-pipéridyle) en tant qu'agent de protection contre la lumière La couche est polymérisée à 100 degrés C pendant 20 minutes. Avant la pulvérisation de ce mélange réactionnel sur la feuille de verre trempée chimiquement, celle-ci a subi un traitement par un primaire de type silane afin d'améliorer l'adhésion du polyuréthane avec le verre. Lorsqu'on réalise artificiellement la fracture de la feuille de verre intérieure 3 et lorsqu'on soumet le vitrage fracturé aux différentes contraintes de pressions rencon- trées au cours d'un vol usuel, a aucun moment il n'est observé un largage d'éclats de verre à partir des lignes de fracture, la couche anti-éclats remplissant parfaitement son rôle. * 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 vitrage 8 comprend une feuille de verre 9 semi-trempée thermiquement de 4 mm d'épaisseur, un premier intercalaire 10 formé de 9 plis 11 de 0,5 mm d'épaisseur en PVB plastifié 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 plastifié avec 39 parts de plastifiant pour 100 parts de résine 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'interca- laire) 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 compre- nant deux plis extérieurs 16, 17 au contact des feuilles de verre 13, 14, de 0,76 mm d'épaisseur formés de PVB plastifié avec 39 parts de plastifiant pour 100 parts de résine de PVB, et 6 plis intérieurs 18, de 0,5 mm d'épaisseur formés de PVB plastifié avec 19,5 parts de plastifiant pour 100 parts de résine de PVB Dans une variante, les plis de PVB plastifié avec 39 parts peuvent être remplacés par des plis en polyuréthane thermoplastique. La feuille de verre extérieure 9 peut comporter sur sa face intérieure une résistance chauffante par exemple sous forme d'une couche conductrice chauffante 19 connue en soi. La feuille de verre intérieure 14 est munie sur sa face destinée à être orientée vers la cabine de l'avion, après traitement par un primaire de type silane, d'une couche de polyuréthane anti-éclats de 200 d-m d'épaisseur obtenue par pulvérisation d'un mélange réactionnel d'un polyisocyanate essentiellement trifonctionnel contenant des radicaux isocyanurate à base de 1,6-hexaméthylènediisocyanate, ayant une teneur en radicaux NCO libres de 21,5 % en poids, et d'une polycaprolactone trifonctionnelle ayant une teneur en radicaux OH libres de 9,3 % en poids Le rapport NCO/OH est de 1 On ajoute au préalable comme additifs à la polyca- prolactone 0,015 % en poids par rapport au poids de la polycaprolactone, de dilaurate de dibutylétain comme cata- lyseur de réaction, 0,1 % en poids d'un ester fluoroalkylé comme agent d'étalement et 1 % en poids de sébaçate de bis ( 1,2,2,6,6-pentaméthyl-4-pipéridyle) comme agent de protec- tion contre la lumière. La couche est polymérisée par la chaleur en étant portée à 120 degrés pendant 20 minutes. On peut réaliser un vitrage feuilleté de sécurité analogue en utilisant une feuille de polyuréthane thermo- durcissable anti-éclats fabriquée au préalable sur un support de formation adéquat, en étant associée à une couche de polyuréthane ayant des propriétés d'adhésion pour son assemblage ultérieur avec la feuille de verre 14. L'assemblage peut être alors réalisé par un calandrage, technique bien connue dans la fabrication des vitrages -8- feuilletés dits asymétriques, verre-plastique. Le vitrage selon la figure 2 peut être utilisé en tant que pare-brise ou latéral d'un avion gros porteur En cas de rupture de la feuille de verre intérieure 14, les éclats éventuellement générés sont maintenus sur la feuille de verre par le revêtement anti-éclats, quelques soient les conditions de pressurisation de la cabine. 9 - REVENDICATIONS 1 Vitrage feuilleté de sécurité ( 1, 8) pour avion comprenant une feuille de verre ( 3, 14) destinée à être orientée vers l'intérieur de la cabine de l'avion, caracté- risé en ce que cette feuille de verre est revêtue sur sa face destinée à être orientée vers la cabine d'une couche de revêtement transparente anti-éclats ( 7, 20), en polyuréthane présentant une haute capacité de déformation élastique. 2 Vitrage feuilleté selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la feuille de verre revêtue est une feuille de verre trempée chimiquement. 3 Vitrage selon une des revendications 1 ou 2, carac- térisé en ce que le polyuréthane est un polyuréthane therm- odurcissable formé à partir d'un composant polyol et d'un composant isocyanate au moins un de ces composants pré- sentant une fonctionnalité supérieure à 2. 4 Vitrage selon une des revendications 1 à 3, carac- térisé en ce que le polyuréthane est choisi parmi un polyu- réthane aliphatique résultant de la polycondensation d'un biuret du 1, 6-hexaméthylènediisocyanate contenant de 21 à 24 % en poids en radicaux NCO, avec un polyéther hydroxylé aliphatique ramifié résultant de la condensation d'oxyde de propylène sur du triméthylol propane, ce polyéther contenant environ de 10,5 à 12 % en poids de radicaux hydroxyles, le rapport NCO/OH exprimé en poids étant compris entre 0,9 et 1,1, et un polyuréthane formé à partir d'un mélange réact- ionnel comprenant un composant isocyanate choisi parmi les biurets ou les isocyanurates trifonctionnels du 1,6-hexamé- thylènediisocyanate, ayant une teneur en radicaux NCO de 15 à 25 % en poids et un composant polyol choisi parmi les polyesterpolyols de fonctionnalité supérieure à 2 ayant une teneur en radicaux OH de 3 à 12 % en poids, le mélange réactionnel présentant un rapport NCO/OH exprimé en équiva- lents de 0,9 à 1,1 et de préférence d'environ 1. 5 Application d'une couche de polyuréthane transpa- rente présentant une haute capacité de déformation élastique à la protection contre les éclats lors et après la rupture de la feuille de verre orientée vers l'intérieur de la cabine pouvant être pressurisée dans un vitrage avion. 6 Application selon la revendication 5, caractérisée en ce que la feuille de verre est trempée chimiquement. 7 Application selon une des revendications 5 ou 6, caractérisée en ce que la couche de polyuréthane présente une épaisseur comprise entre 50 Wm et 600 gm. 8 Application selon la revendication 7, caractérisée en ce que la couche de polyuréthane est obtenue par pulvé- risation sur la feuille de verre. 9 Application selon la revendication 8, caractérisée en ce que la feuille de verre est traitée au préalable à l'aide d'une composition d'un primaire du type silane. Application selon une des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que la couche de polyuréthane anti-éclats se présente sous forme d'une feuille préfabri-15 quée. 11 Application selon la revendication 10, caracté- risée en ce que la couche de polyuréthane anti-éclats est associée à une couche ayant des propriétés d'adhésion avec la feuille de verre à revêtir.20