Brevet FR2759628A1 — publié le 19980821

PROCEDE DE DETERMINATION DE LA CONFIGURATION GEOMETRIQUE OPTIMALE D'UN VITRAGE COMPOSITE VERRE ET MATIERE PLASTIQUE ET VITRAGE OBTENU PAR CE PROCEDE. La présente invention concerne un procédé permettant de déterminer la configuration optimale d'un vitrage composite verre et matière plastique pour qu'il ait une masse surfacique minimale tout en ayant un bon comportement mécanique vis-à-vis des chocs. Dans le domaine des composants pour véhicules automobiles, la tendance est à la limitation des émissions de gaz polluants et par conséquent à la conception de composants allégés. On a en effet constaté qu'un allègement du poids du véhicule de 1 % fait baisser de 0,3 % l'émission de gaz carbonique, toutes choses étant égales par ailleurs. Cette tendance s'applique également aux pièces transparentes du véhicule, telles que les vitrages. La demande de brevet NO 96 07860 déposée par la même Demanderesse procède de ce souci. Elle concerne un vitrage composite comprenant une couche de matière plastique intercalaire transparente, comparativement plus épaisse que dans les vitrages composites classiques et qui est comprise entre deux feuilles de verre relativement fines. Pour une même épaisseur totale de vitrage, la proportion de verre/matière plastique est beaucoup plus faible dans un tel vitrage que dans vitrage connus. On arrive ainsi à obtenir des vitrages légers, de poids inférieur à 6 kg/m2. Toutefois, la recherche d'un allègement à tout prix du vitrage peut s'accompagner d'une dégradation de sa rigidité de flexion et entraîner par voie de conséquence une diminution de la rigidité du véhicule. On constate en effet que le remplacement pur et simple de feuilles de verre par des feuilles de polymères de faible poids, tels que polycarbonates, méthacrylates, polyéthylènes ionomères, polyuréthanes, avec conservation d'une rigidité suffisante pour satisfaire aux critères de bon comportement mécanique aux chocs, ne se traduit pas par un allègement. Ceci est dû au fait que le gain de masse spécifique des matières plastiques (qui est de l'ordre de deux fois plus petit que celui du verre) est plus que compensé par la perte de module d'Young de ces matières plastiques. La Demanderesse s'est intéressée au problème de la recherche systématique des vitrages composites verre et matière plastique, en vue de déterminer ceux qui, pour une rigidité de flexion donnée, ont la masse surfacique la plus faible. En matière de vitrage pour l'industrie automobile, on connaît déjà le vitrage composite comprenant une épaisseur intercalaire de polyvinyl butyral (PVB) comprise entre deux feuille de verre. Toutefois, on a constaté que pour obtenir une rigidité de flexion satisfaisante avec un tel vitrage, il fallait utiliser une très forte épaisseur de PVB, ce qui, malgré le faible poids spécifique de cette matière, conduit à un vitrage nettement plus lourd qu'un vitrage en verre monolithique ayant la même rigidité de flexion. Ceci est dû au fait que l'intercalaire en PVB, en raison de son faible module de compression, s'écrase quand on fléchit le vitrage et que l'effet de poutre conféré par l'intercalaire joue très peu. La présente invention a pour objet de déterminer les matières plastiques susceptibles de servir pour la réalisation d'un intercalaire dans un vitrage composite et de déterminer pour chacune de ces matières plastiques, l'épaisseur de matière à introduire entre les deux feuilles de verre pelliculaires ainsi que l'épaisseur optimale de ces dernières pour obtenir, à rigidité de flexion constante, la masse surfacique la plus faible. La Demanderesse a découvert que les matières plastiques qui devraient permettre d'obtenir une masse de vitrage composite inférieure à celle du verre monolithique sont celles qui ont un module de Young d'au moins égal à 20MPa, par exemple celle appartenant au groupe polyéthylène ionomère, polycarbonate, polyuréthane. L'invention a donc pour objet un procédé de détermination des paramètres géométriques d'un vitrage composite formé d'une épaisseur intercalaire de matière plastique transparente comprise entre deux feuilles de verre, et qui, à rigidité de flexion constante, a une masse surfacique inférieure à celle d'un vitrage monolithique d'épaisseur donnée, caractérisé en ce qu'il consiste - à sélectionner les matières plastiques dont le module de Young est au moins égal à 20MPa - à réaliser pour chacune desdites matières plastiques un vitrage composite en plaçant, entre deux feuilles de verre pelliculaires ayant une première épaisseur donnée, une couche de ladite matière plastique d'épaisseur telle que la rigidité de flexion du vitrage obtenu soit égale à celle d'une feuille de verre monolithique ayant une épaisseur de référence donnée - à mesurer la masse surfacique du vitrage composite ainsi obtenu - à réaliser de la même façon avec ladite matière plastique des vitrages dont les feuilles de verre pelliculaires ont des épaisseurs croissantes - à reporter sur un système de coordonnées les valeurs de la masse surfacique de chacun des vitrages en fonction de l'épaisseur des feuilles de verre pelliculaires - et à relever le minima de la courbe ainsi construite. Ce minima correspond à la géométrie optimale du vitrage, en termes de masse surfacique. L'épaisseur des feuilles de verre pelliculaires de ce vitrage se lit au point minima de la courbe. Une valeur avantageuse de ladite épaisseur de référence de la feuille de verre monolithique est de 3 mm, qui est l'épaisseur standard des vitrages de véhicules automobiles. On peut tracer de la même façon pour chaque matière plastique sélectionnée la courbe de variation de la masse surfacique en fonction de l'épaisseur de verre pelliculaire, dans les mêmes conditions que précédemment. On constate que la configuration optimale varie légèrement d'une matière plastique à l'autre. L'invention concerne également les vitrages composites obtenus par le procédé susmentionné. L'invention sera à présent expliquée en détail en regard des dessins annexés dans lesquels la figure 1 représente un graphique montrant l'évolution de la masse surfacique de vitrages monolithiques et composites réalisé en un certain nombre de matériaux, en fonction de la rigidité de flexion de ces vitrages la figure 2 représente un graphique montrant l'évolution de la masse surfacique de deux vitrages composites comprenant une couche intercalaire sélectionnée, en fonction de l'épaisseur des feuilles de verre pelliculaires. Avec référence à la figure 1, les courbes a, b et c représentent respectivement les courbes de variation de la masse surfacique en fonction de la rigidité de flexion, d'une feuille monolithique de polyéthylène ionomère, d'une feuille monolithique de polycarbonate et d'une feuille monolithique de verre. On voit sur ces courbes que pour obtenir une rigidité de flexion donnée, on doit utiliser des feuilles monolithiques de polyéthylène ionomère et de polycarbonate ayant des masses surfaciques respectives beaucoup plus importantes que celle de la feuille de verre ayant la même rigidité de flexion. Par exemple, pour une rigidité de flexion de 200 N.m les masses surfaciques sont les suivantes : 8 kg/m2 pour le verre, 23 kg/m2 pour le polymère ionomère et 11, 5 kg/m2 pour le polycarbonate. Le polymère ionomère et le polycarbonate ne sont que deux exemples de matières plastiques ayant une bonne tenue aux chocs mécaniques. D'une façon générale, les matières plastiques qui possèdent cette propriété et qui peuvent être utilisées dans le cadre de la présente invention sont celles qui ont un module de Young au moins égal à 20MPa. La Demanderesse a montré qu'en utilisant ces matières comme couche intercalaire dans un vitrage composite, on peut obtenir des vitrages ayant une masse surfacique inférieure à celle des vitrages formés d'une feuille de verre monolithique, à rigidité de flexion constante. Sur la figure 1 on a représenté également les courbes d et e de variation de la masse surfacique de vitrages composites formés de deux feuilles de verre monolithique de 0,5 mm d'épaisseur chacune, comprenant entre elles respectivement une couche de polycarbonate et une couche de polyéthylène ionomère. Les modules de Young de ces deux matières valent respectivement 80 et 160 MPa. On note que les courbes d et e se trouvent sous la courbe c, ce qui signifie qu'à rigidité de flexion constante les vitrages composites à intercalaire en polycarbonate et en polyéthylène ionomère sont plus légers qu'un vitrage en verre monolithique. Ainsi pour la valeur de la rigidité de flexion choisie précédemment, 200N.m, les masses surfaciques correspondant aux cas des courbes d et e sont respectivement de 5,8 et 5,1 kg/m2, donc bien inférieures à celle de la feuille de verre monolithique. On a également représenté sur la figure 1, la courbe f montrant l'évolution de la masse surfacique d'un vitrage composite formé d'une couche intercalaire en PVB (dont le module de Young est supérieur à 20MPa) et deux feuilles de verre pelliculaires de 0,76 mm d'épaisseur, en fonction de la rigidité de flexion. On voit que cette courbe est entièrement située au-dessus de la courbe c. Le PVB ne permet donc pas d'obtenir un allègement du vitrage. On se référera à présent à la figure 2 qui représente les courbes de variation de la masse surfacique, à rigidité constante, des matières plastiques sélectionnées sur la figure 1, en fonction de l'épaisseur des feuilles de verre pelliculaires, la rigidité de flexion étant maintenue constante et égale à celle d'une feuille de verre monolithique ayant une épaisseur de référence donnée. On choisira par exemple une épaisseur de référence de 3 mm (correspondant à une masse surfacique de 7,5 kg/m2). Pour obtenir cette rigidité de flexion, on introduit une épaisseur convenable d'intercalaire entre les deux feuilles de verre. La figure 2 montre les courbes obtenues avec un intercalaire en polyéthylène ionomère (courbe g) et avec un intercalaire en polycarbonate (courbe h). On a représenté également sur la figure 2, la droite i qui correspond à la feuille de verre monolithique de 3 mm d'épaisseur. Ces courbes ont été construites expérimentalement, point par point. On expliquera le mode de construction de l'une d'entre elles, par exemple la courbe g. On fabrique un vitrage composite comprenant deux feuilles de verre monolithique ayant chacune une épaisseur de 0,10mm avec une couche intercalaire en polyéthylène ionomère dont l'épaisseur est telle que le vitrage composite obtenu ait une rigidité de flexion égale à celle d'une feuille de verre monolithique de 3 mm d'épaisseur, soit 160 N.m. Cette valeur de la rigidité de flexion se lit sur la courbe c de la figure 1. Elle correspond à une masse surfacique de 7, 5 kg/m2 (puisque la masse surfacique d'une feuille de verre de 1 mm d'épaisseur est de 2,5 kg/m2). Le vitrage ainsi réalisé a pour masse surfacique 7 kg/m2. Le point A de coordonnées 0,10 mm et 7kg/m2 est porté sur le système d'axes de coordonnées de la figure 2. On place de la même façon les points B, C, D, E....correspondant aux épaisseurs 0,15 ; 0,20 ; 0,25 0,30 mm.... On obtient ainsi la courbe g. Par le même procédé, on trace la courbe h. On note que les courbes g et h passent par un minimum et par le point M de coordonnées 1,50 mm, 7,5 kg/m2 (absence d'intercalaire). Sur la figure 2, on a également figuré le point k qui correspond à un vitrage ayant un intercalaire en PVB. Les minima des courbes g et h correspondent aux configurations géométriques optimales. Celles-ci sont résumées sur le tableau suivant. TABLEAU 1 Polyéhylène Polycarbonate Verre Polyvinyl ionomère butyral Epaisseur de verre (mu) 0,4 0,45 - 1,51 Epaisseur de l'intercalaire (nua) 2,94 2,66 - 0,38 Epaisseur totale (mm) 3,74 3,56 3 3,4 Par exemple, la configuration optimale du vitrage selon la première colonne du tableau est verre 0,4 mm/polyéthylène ionomère 2,94 mm/ verre 0,4 mm. Ce vitrage a une épaisseur totale de 3,74 mm et une masse surfacique de 4,94 kg/m2 (0,8 x 2,5 + 1 x 2,94), ce qui représente un allègement d'environ 2,5 kg/m2 par rapport à un vitrage en verre monolithique de 3 mm d'épaisseur (4,94 au lieu de 7,5 kg/m2). Dans le vitrage selon l'invention, le rapport entre l'épaisseur de la couche intercalaire et l'épaisseur des feuilles du verre est compris entre 1 et 10. On voit également sur les courbes de la figure 2 que l'épaisseur de verre varie peu avec le matériau sélectionné. La plage optimale d'épaisseur de verre se situe autour de 0,5 mm. On pourra choisir la plage comprise dans l'intervalle 0,5 + 0,1 mm si l'on veut profiter de l'allégement maximal. Si l'on veut faire intervenir d'autres considérations dans le choix de la configuration, telle que la production dans des conditions de coût et de qualité acceptables ou la facilité d'assemblage des composantes, sans pour autant sacrifier trop l'allègement du vitrage, on pourra se contenter d'une plage d'épaisseur comprise dans l'intervalle 0,5 + 0,2 mm. REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination des paramètres géométriques d'un vitrage composite forme d'une épaisseur intercalaire de matière plastique transparente comprise entre deux feuilles de verre, et qui, à rigidité de flexion constante, a une masse surfacique inférieure à celle d'un vitrage monolithique d'épaisseur donnée, caractérisé en ce qu'il consiste - à sélectionner les matières plastiques dont le module de Young est au moins égal à 20MPa - à réaliser pour chacune desdites matières plastiques un vitrage composite en plaçant, entre deux feuilles de verre pelliculaires ayant une première épaisseur donnée, une couche de ladite matière plastique d'épaisseur telle que la rigidité de flexion du vitrage obtenu soit égale à celle d'une feuille de verre monolithique ayant une épaisseur de référence donnée - à mesurer la masse surfacique du vitrage composite ainsi obtenu ; - à réaliser de la même façon avec ladite matière plastique des vitrages dont les feuilles de verre pelliculaires ont des épaisseurs croissantes - à reporter sur un système de coordonnées les valeurs de la masse surfacique de chacun des vitrages en fonction de l'épaisseur des feuilles de verre pelliculaires ; - et à relever le minima de la courbe (g, h) ainsi construite. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite épaisseur de référence de la feuille de verre monolithique est de 3 mm. 3. Vitrage composite obtenu par le procédé selon l'une des revendications 1 et 2. 4. Vitrage selon la revendication 3, caractérisé en ce que le rapport entre l'épaisseur de la couche intercalaire et l'épaisseur des feuilles de verre est compris entre 1 et 10. 5. Vitrage selon l'une des revendications 1. et 4, caractérisé en ce qu'il comprend deux feuilles de verre pelliculaire ayant chacune une épaisseur de 0,5 + 0,2 min. 6. Vitrage selon la revendication 5, caractérisé en ce que les feuilles de verre pelliculaires ont chacune une épaisseur de 0,5 + 0,1 mm. 7. Vitrage selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une couche intercalaire appartenant au groupe : polyéthylène ionomère, polycarbonate, polyuréthane.