Brevet FR2920764A1 — publié le 20090313

VITRAGE RESISTANT AUX BALLES PERFORANTES La présente invention a trait à des vitrages résistant aux balles et/ou éclats et/ou autres projectiles du même type. La résistance balistique s'entend ici pour des niveaux aussi élevés que BR 3, BR 4, BR 5, BR 6 et BR 7 de la norme FR EN 1063. Dans les zones de vitrages suffisamment éloignées des bords, la io résistance balistique dépend de la composition verrière (nombre et épaisseurs des feuilles de verre). Celle-ci est donc définie au cas par cas, suivant le niveau de protection requis. Dans la région des bords des vitrages, deux phénomènes indépendants sont à prendre en compte. 15 En premier lieu, les impacts de balle à noyau dur (dites balles perforantes) sont caractéristiques du fait que le noyau ou les fragments de noyau suivent toujours le chemin balistique où la dépense d'énergie est la plus faible, et donc où la résistance locale du matériau est la plus faible. Dans les vitrages anti-balles, les zones de plus grande faiblesse comme les raccords entre pièces ou les bords 20 de plis de verre sont des points d'attraction balistiques. Selon le deuxième phénomène, lors d'impacts sous incidence (angle de tir par rapport à la normale au vitrage anti-balles), la balle progresse toujours dans le verre en augmentant l'angle d'incidence par effet de ricochet. L'effet ricochet se combine avec l'effet des points d'attraction balistique, définissant la trajectoire de 25 la balle dans l'épaisseur du vitrage. D'autre part, les vitrages anti-balles comportent en face arrière une feuille de matériau organique non fragile à comportement élasto-plastique sous impacts balistiques à haute vitesse, tel que le polycarbonate. Cette face arrière donne une efficacité balistique optimale lorsqu'elle peut se déformer de façon isotrope et 30 former une � coupole � ou � bulbe �. La proximité des bords de cette feuille est un élément qui peut réduire la performance balistique du vitrage. La présente invention a pour but d'améliorer sensiblement la résistance balistique des vitrages. Cette résistance est recherchée sur la face intérieure du vitrage, pouvant être constituée d'une feuille de polycarbonate, sur le décalé d'une partie de la périphérie û constitué par exemple par la surface libre d'une rapplique métallique û, ainsi que sur le chant du bloc balistique û constitué par exemple d'un ruban maintenant en adhésion le polycarbonate et les rappliques métalliques D'autre part, la forme du vitrage, notamment dans sa partie périphérique, doit être adaptée au montage auquel il est destiné. Ainsi l'épaisseur du décalé peut elle être opportunément adaptée pour être introduite dans la feuillure d'une io carrosserie. Il importe d'autre part, notamment dans le cas de vitrages coulissants, que les surfaces glissantes du vitrage ne présentent pas d'aspérité, d'excroissance empêchant le glissement du vitrage dans le joint d'une porte par exemple. Ces buts sont atteints par l'invention qui a pour objet une structure 15 feuilletée transparente anti-balles et/ou anti-éclats comportant trois empilements de feuilles de verre toutes reliées entre elles par des couches adhésives intercalaires, caractérisée en ce que dans une partie au moins de la périphérie de la structure feuilletée, le premier empilement est voisin et en excroissance par rapport au second empilement, lui-même voisin et en excroissance par rapport au 20 troisième empilement, en ce qu'une rapplique en matériau anti-balles et/ou antiéclats est collée à la structure feuilletée sur la surface périphérique libre du premier empilement, le chant et la surface périphérique libre du second empilement et le chant du troisième empilement, et en ce qu'une feuille transparente de matière plastique apte à absorber de l'énergie est collée sur la 25 rapplique et la face libre du troisième empilement. Au sens de l'invention le verre désigne essentiellement un verre minéral tel que silicosodocalcique flotté, mais également une matière plastique transparente rigide du type acrylique (poly(méthacrylate de méthyle) ...), polycarbonate, résine ionomère ... 30 Si ledit second empilement est plus épais que la rapplique, il pourra prendre une forme en trois parties, pouvant être dite � en Z �. Dans le cas contraire, la rapplique pourra avoir une forme en deux parties parallèles, obtenues par suppression de la branche centrale du Z. La structure feuilletée est destinée à être montée de sorte que l'éventuel impact se produise du côté dudit premier empilement. Conformément à l'invention, la région de plus grande vulnérabilité est constituée par l'adhésif de raccord de la rapplique et du chant dudit troisième empilement. Grâce à l'invention, cette région de vulnérabilité est à la fois de dimensions réduites, et la plus éloignée possible de la zone d'impact, de sorte que seuls des fragments de noyau peu vulnérants de moindre énergie y parviennent. L'invention consiste à encadrer par des rappliques métalliques û ou io équivalent û la zone de bord en décalé du vitrage, afin de sécuriser la zone d'attraction balistique de plus grande fragilité (matériau plus fragile en bord de pli de verre). Ainsi les fragments vulnérants déviés dans la zone encadrée par la rapplique seront nécessairement arrêtés par elle, notamment par sa partie la plus 15 éloignée de l'impact. Les fragments non influencés par l'effet de bord, non attirés par cette zone d'attraction sont stoppés par la seule composition verrière. Enfin, les seuls fragments vulnérants qui ont une probabilité d'arriver à la zone critique de raccord rapplique-chant du troisième empilement ont nécessairement subi une déviation 20 due à l'attraction de la zone de bord, et donc ont dû traverser une épaisseur de verre plus importante que les tirs non déviés sur la zone verre/verre. Par conséquent ils sont moins vulnérants, et vont se heurter à l'ultime barrière du polycarbonate. D'autre part, grâce à l'invention, on conserve une efficacité optimale de la 25 feuille de polycarbonate en déformation en conservant une zone de bord protégée par la rapplique et non pulvérisée lors de l'impact, qui va donner une surface d'appui fiable pour permettre au polycarbonate de se déformer en bulbe. La rapplique en acier balistique doit par ailleurs maintenir la rigidité de l'ensemble verrier après le premier impact et obliger le polycarbonate à travailler de façon 30 optimale et absorber le maximum d'énergie. D'autre part, le chant de la rapplique est accolé au chant dudit troisième empilement. Le passage en autoclave présente des risques de casse par clivage du pli de verre (écailles) au contact d'une rapplique métallique par effet thermomécanique. La présente invention permet l'utilisation d'un bumper scotch adhésivé une face polyuréthane de 0,38 mm. Il est important pour la tenue balistique du vitrage que ce bumper soit le plus fin et le plus rigide possible. La rapplique est solidarisée à la surface périphérique libre dudit premier empilement notamment par l'utilisation d'une mousse adhésivée double face lors d'un passage en autoclave, ou par collage en finition hors autoclave sur le vitrage déjà feuilleté. On peut utiliser un adhésif acrylique, polyuréthane ... pourvu qu'il procure une très bonne résistance en adhérence lors d'un impact de balle, la durabilité requise dans les conditions d'utilisation (automobile, ...), une aptitude à io compenser des écarts de forme entre pièces grâce à sa texture mousse, par exemple. Le matériau anti-balles et/ou anti-éclats de la rapplique peut être métallique (acier ...), ou en composite matière plastique-fibres de renforcement (verre, aramide ...). 15 La rapplique est : - soit intègre, c'est-à-dire en une seule partie, - soit en plusieurs parties solidarisées par de la colle (polyuréthane, acrylique ...). Dans une réalisation particulière, dans ladite une partie au moins de la 20 périphérie de la structure feuilletée, au moins une feuille de verre dudit second empilement est en excroissance par rapport à au moins une autre feuille de verre dudit second empilement, et la rapplique est pénétrante par rapport aux chants de ladite au moins une feuille de verre en excroissance dudit second empilement. Il n'est d'ailleurs pas exclu dans ce cas que la rapplique soit aussi pénétrante par 25 rapport audit troisième empilement. Ladite une partie au moins de la périphérie de la structure feuilletée en comprend de préférence le bord supérieur et les deux bords latéraux. Ainsi, dans une réalisation courante, trois des quatre côtés d'un quadrilatère sont-ils renforcés balistiquement selon l'invention. 30 De manière avantageuse, les faces libres de la structure feuilletée sont affleurantes (ou flush). Les avantages sont liés à la facilité de montage, à l'aérodynamique, et à la possibilité de glissement dans le cas de vitrages mobiles (coulissants). Dans une réalisation préférée, dans ladite une partie au moins de la structure feuilletée, l'adhésion de la rapplique et de ladite feuille de matière plastique est maintenue par un ruban qui recouvre les chants libres de l'ensemble. Ce ruban consiste par exemple en l'association d'adhésif de polyuréthane thermoplastique et d'un polyuréthane d'encapsulation, ne ramollissant pas aux températures d'assemblage en autoclave, mais à une température de l'ordre de 180 °C. La dureté du PU d'encapsulation est par exemple de l'ordre de 85 � 5 Shore A. La combinaison des deux PU allie ainsi à la fois une rigidité afin de corriger les défauts d'alignement des constituants de la io structure feuilletée et une souplesse pour s'adapter à ce défaut d'alignement. Le PU thermoplastique assure le collage du PU d'encapsulation avec la rapplique d'une part, avec le bord de la feuille de matière plastique d'autre part. Le ruban est d'autre part résistant au cisaillement auquel le soumettent les constituants sous-jacents, notamment en cas d'impact. Il remplit aussi une 15 fonction anti-éclats. Un ruban équivalent peut être collé sur le chant dudit premier empilement et de la rapplique. L'invention a d'autre part pour objet un procédé de fabrication d'une structure feuilletée décrite ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend 20 - l'assemblage du bloc verrier, puis son passage à l'autoclave à 140 ù 150 °C, - le collage de la rapplique par des adhésifs, l'assemblage de la feuille de matière plastique par l'intermédiaire d'une couche adhésive, puis passage à l'autoclave à 105 ù 115 °C sous une pression jusqu'à 8 25 bar. D'autres objets de l'invention sont - un vitrage de bâtiment ou véhicule de transport, notamment d'automobile tel que pare-brise, vitrage latéral fixe ou mobile, ou lunette arrière, comprenant une structure feuilletée décrite 30 précédemment ; - l'application d'une telle structure feuilletée pour arrêter trois tirs de balles perforantes de type 7.62 x 51 P80, définis par - des points d'impact alignés et distants deux à deux de 120 mm, dans la zone de ladite une partie au moins de la périphérie de la structure feuilletée, le point du premier impact étant au milieu des deux autres, -des vitesses de balles de 820 � 10 m/s, et par - des angles de tirs situés dans un cône de 20° par rapport à la normale à la structure feuilletée. L'invention sera mieux comprise à la lumière de l'exemple qui suit en référence à la figure unique en annexe, représentant schématiquement en coupe io une structure feuilletée selon l'invention. Sont consignés dans le tableau ci-dessous la nature de tous les constituants d'une structure feuilletée selon l'invention, leurs dimensions ainsi que des domaines pour certaines de ces dimensions en vue d'applications envisageables différentes. Tableau Références Dimensions Domaines de dimensions (mm) Description (mm) a 8 Verre b 1,52 PVB c 8 Verre d 0,76 PVB e 10 Verre f 0,76 PVB g 10 Verre h 0,76 PVB 10 Verre 0,76 PVB k 6 6 max/pas de mini Verre I 1,9 0,38 à 3 TPU m 2,5 0,5 à 4 PC verni n 1 1 à 3 PPN (TPU) o 1 1 à 3 PPN (TPU) p 2,2 1,1 à 3,3 VHB 4947 q 7 (ép.) x 30 [1 à 9] x [0 à 200] (variable selon Acier (décalé) le cahier des charges balistique) balistique r 0,38 0,38 à 3 TPU s 7 (ép.) x 23 [1 à 9] x [0 à 100] (variable selon Acier le cahier des charges balistique) balistique t 0,38 0,38 à 3 TPU u 5 (ép.) x 30 [1 à 9] x [5 à 50] (variable selon Acier le cahier des charges balistique) balistique v 0,38 0,38 à 3 TPU w 1,9 Mini 0,38 PU x 1,9 Mini 0,38 PU Dans le tableau, les abréviations ont les significations suivantes : 5 - PVB = polyvinylbutyral 7 - TPU = polyuréthane thermoplastique - PC verni = polycarbonate revêtu par un verni anti-rayure - PPN (TPU) = ruban de polyuréthane d'encapsulation associé à du polyuréthane thermoplastique, décrit ci-dessus - VHB 4947: mousse acrylique adhésivée double-face acrylique, commercialisée sous cette référence par la société 3M - PU = polyuréthane Est décrit à présent le procédé de fabrication de cette structure feuilletée. On assemble le bloc verrier a, b, c, d, e, f, g, h, i, j, k, puis on l'introduit en io autoclave à 145 °C. On effectue le pré-collage de la rapplique q par la mousse adhésivée double-face p. Puis on assemble les rappliques s et u par les adhésifs intercalaires r, w, t, v. 15 On assemble I, m, n, et o puis on introduit l'ensemble dans un autoclave à 110 °C sous une pression jusqu'à 8 bar. La structure feuilletée obtenue résiste à tous tirs effectués de la manière suivante : - structure feuilletée : éprouvette 500 x 200 mm ; 20 - trois tirs de balles perforantes 7.62 x 51 P80 ; - points d'impact alignés et distants deux à deux de 120 mm, dans la zone périphérique conforme à l'invention du vitrage ; - le point du premier impact étant au milieu des deux autres ; -vitesse 820 � 10 m/s ; 25 - angles de tirs situés dans un cône de 20° par rapport à la normale à la structure feuilletée. Un vitrage se différenciant de celui de l'invention par le fait que la rapplique q est pénétrante, et par l'absence des rappliques s et u, est traversé dès le second impact dans plus de 50% des cas. REVENDICATIONS 1 Structure feuilletée transparente anti-balles et/ou anti-éclats comportant trois empilements de feuilles de verre (a, c ; e, g, i ; k) toutes reliées entre elles par des couches adhésives intercalaires (b, d, f, h, j), caractérisée en ce que dans une partie au moins de la périphérie de la structure feuilletée, le premier empilement (a, c) est voisin et en excroissance par rapport au second empilement (e, g, i), lui-même voisin et io en excroissance par rapport au troisième empilement (k), en ce qu'une rapplique (q, s, u) en matériau anti-balles et/ou anti-éclats est collée à la structure feuilletée sur la surface périphérique libre du premier empilement (a, c), le chant et la surface périphérique libre du second empilement (e, g, i) et le chant du troisième empilement (k), 15 et en ce qu'une feuille transparente de matière plastique (m) apte à absorber de l'énergie est collée sur la rapplique (u) et la face libre du troisième empilement (k). 2. Structure feuilletée selon la revendication 1, caractérisée en ce que la rapplique (q, s, u) est intègre. 20 3. Structure feuilletée selon la revendication 1, caractérisée en ce que la rapplique est en plusieurs parties (q, s, u) solidarisées par de la colle (r, t). 4. Structure feuilletée selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que dans ladite une partie au moins de la périphérie de la structure feuilletée, au moins une feuille de verre (g, i) dudit second 25 empilement est en excroissance par rapport à au moins une autre feuille de verre (e) dudit second empilement, et en ce que la rapplique (q) est pénétrante par rapport aux chants de ladite au moins une feuille de verre (g, i) en excroissance dudit second empilement. 5. Structure feuilletée selon l'une des revendications précédentes, 30 caractérisée en ce que ladite une partie au moins de la périphérie de la structure feuilletée en comprend le bord supérieur et les deux bords latéraux. 6. Structure feuilletée selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ses faces libres (a, m) sont affleurantes.i0 7. Structure feuilletée selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que dans ladite une partie au moins de la structure feuilletée, l'adhésion de la rapplique (s, u) et de la feuille de matière plastique (m) est maintenue par un ruban (o) qui en recouvre les chants libres. 8. Procédé de fabrication d'une structure feuilletée selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend -l'assemblage du bloc verrier (a, b, c, d, e, f, g, h, i, j, k), puis son passage à l'autoclave à 140 û 150 °C, io - le collage de la rapplique (q, s, u) par des adhésifs (p, w, v ; r, t), l'assemblage de la feuille de matière plastique (m) par l'intermédiaire d'une couche adhésive (I), puis passage à l'autoclave à 105 û 115 °C sous une pression jusqu'à 8 bar. 10. Vitrage de bâtiment ou véhicule de transport, notamment d'automobile tel 15 que pare-brise, vitrage latéral fixe ou mobile, ou lunette arrière, comprenant une structure feuilletée selon l'une des revendications 1 à 7. 11. Application d'une structure feuilletée selon l'une des revendications 1 à 7, pour arrêter trois tirs de balles perforantes de type 7.62 x 51 P80, définis par 20 - des points d'impact alignés et distants deux à deux de 120 mm, dans la zone de ladite une partie au moins de la périphérie de la structure feuilletée, le point du premier impact étant au milieu des deux autres, - des vitesses de balles de 820 � 10 m/s, et par - des angles de tirs situés dans un cône de 20° par rapport à la 25 normale à la structure feuilletée.