Brevet FR3089451A1 — publié le 20200612

Description Titre de l'invention : Vitrage feuilleté comprenant un substrat transparent à couche chauffante ayant des lignes de flux dont l'ensemble est de largeur variable [0001] Les vitrages des véhicules de transport (avions, trains, hélicoptères, bateaux, voitures...) et, dans quelques cas, les vitrages de bâtiments peuvent être équipés de fonctions chauffantes intégrées aux vitrages pour prévenir/éliminer selon les cas la formation de huée en face intérieure ou de givre en face extérieure. [0002] Le chauffage se caractérise par sa puissance spécifique (W/m2) qui est adaptée au besoin spécifique de chaque application. [0003] Le système chauffant est constitué par exemple de fils sérigraphiés sur le vitrage mo- nolithique ou incrustés dans une couche adhésive intercalaire du vitrage feuilleté, ou de couches conductrices transparentes (oxydes dopés : oxyde d'indium dopé à l'étain -en anglais « Iridium Tin Oxide » : ITO-, AZO (Aluminum Zinc Oxide), Sn02: F, ou métaux tels qu'argent, or éventuellement en multicouches identiques ou différentes) permettant un chauffage par effet Joule. Dans ces deux cas, le système chauffant est alimenté par l'intermédiaire d'électrodes sous une tension disponible sur le véhicule ou le bâtiment. [0004] Les verres avec couche chauffante sont obtenus soit par découpe et éventuellement formage d'un verre présentant déjà une couche soit par dépôt de la couche a posteriori (après découpe) sur un verre en forme. Par « verre », on entend ici de manière privilégiée tout verre minéral, mais aussi un substrat transparent rigide en matériau polymère dont un exemple type est le poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA). [0005] Le chauffage homogène d'une forme non rectangulaire étant impossible avec une couche de conductivité électrique homogène, deux stratégies sont mises en oeuvre : gradient de conductivité électrique obtenu typiquement par un gradient d'épaisseur de la couche électroconductrice telle que d'oxyde métallique conducteur (typiquement ITO) ; de fortes variations d'épaisseur de couche permettent de limiter la densité de courant dans certaines parties de la surface chauffante ; plus la forme est complexe, plus le gradient d'épaisseur est marqué et difficile à réaliser d'un point de vue industriel ; lignes d'ablation dans une couche électroconductrice, appelées lignes de séparation de flux ou plus communément lignes de flux telles que décrites dans le brevet EP1897412-B1, qui guident le flux de courant électrique ; cette solution ne donne de bons résultats en ternie d'homogénéité que si les amenées de courant sont parallèles et de longueurs identiques (faibles écarts 2 tolérés). [0006] Ces deux stratégies peuvent être employées en combinaison. [0007] Les moyens mis en place pour déposer le gradient d'épaisseur de couche électrocon- ductrice peuvent être difficiles à maîtriser et la résistance électrique globale de la couche, sur toute la surface du vitrage, peut varier de manière importante. Sur l'ensemble du vitrage, à tension de courant électrique U constante entre les amenées (bus bars), la puissance totale nominale pour une résistance globale R de la couche électroconductrice est égale à U2/R ; si cette résistance globale R est trop basse cela peut se traduire par une puissance trop élevée (trop de puissance consommée par le système de chauffage) et dans le cas extrême, le produit devra être rebuté, le produit n'étant plus dans les tolérances demandées. [0008] De plus, lorsque le vitrage chauffant est de forme complexe et que des lignes de flux sont réalisées sur la couche électroconductrice de manière à guider le courant électrique et homogénéiser dans une certaine mesure la densité de puissance de chauffage locale, des inhomogénéités de cette densité de puissance sur l'ensemble de la surface du vitrage peuvent néanmoins subsister ; en particulier dans des angles aigus de la surface du vitrage, la densité de puissance de chauffage est plus basse, insuffisamment élevée. Localement, entre deux lignes de flux, à intensité de courant électrique constante i dans toute la bande conductrice, la puissance P dissipée localement est égale à R.i2, et la densité de puissance Ps est égale à P/S, en Watt/de par exemple, S étant la surface entre deux lignes de flux. [0009] L'invention s'attache donc à concevoir un vitrage chauffant dont la puissance nominale n'excède pas une certaine valeur maximale, et dont les densités de puissance sont homogénéisées dans une mesure contrôlée sur toute la surface du vitrage, et en particulier dont les densités de puissances minimales, dans certaines zones de coin par exemple, sont rehaussées. [0010] Ce but a été atteint par l'invention qui, en conséquence, a pour objet un vitrage feuilleté constitué de plusieurs substrats transparents rigides collés les uns aux autres deux à deux par l'intermédiaire d'une couche adhésive intercalaire, l'un au moins de ces substrats transparents étant revêtu d'une couche électroconductrice, une zone de ce substrat transparent présentant quatre bords opposés deux à deux, un premier et un second bus bars étant disposés le long de deux bords opposés, la couche électroconductrice présentant des lignes de flux pour guider le courant électrique entre les bus bars, caractérisé en ce que l'ensemble des lignes de flux est de largeur variable . [0011] La réalisation de lignes de flux à largeur variable permet de mieux maitriser la ré- sistance ohmique de la couche et d'ajuster au mieux la puissance consommée par la couche. [0012] L'utilisation d'un laser avec un scanner, par exemple, permet de faire varier la 3 largeur des lignes de flux obtenues par ablation. [0013] En mesurant la résistance ohmique de la couche chauffante, lorsque celle-ci est in- férieure à la valeur nominale, il devient possible d'ajuster au mieux la largeur des lignes de flux pour obtenir une résistance conforme et proche de la valeur nominale. [0014] Dans les zones du vitrage où la densité de puissance est trop faible, l'élargissement des lignes de flux diminue corrélativement la largeur des bandes électroconductrices ayant pour conséquence à la fois d'augmenter leur résistance R et diminuer leur surface S, double source d'accroissement de.la densité de puissance R.i2/S localement. L'invention permet de diminuer substantiellement les points froids, même en l'absence d'un gradient d'épaisseur de la couche chauffante. [0015] Plusieurs couches électroconductrices peuvent coexister à différents niveaux d'épaisseur du vitrage feuilleté. [0016] Selon des modes particuliers de réalisation : [0017] - la couche électroconductricc est à base d'oxyde métallique dopé tel qu'oxyde d'indium dopé à l'étain (ITO) et/ou oxyde d'étain dopé au fluor Sn°, :F et/ou oxyde de zinc dopé à l'aluminium (AZO), et/ou d'un métal tel que d'or Au et/ou d'argent Ag, éventuellement sous forme d'un empilement multicouche, notamment du type comprenant au moins une couche d'argent ; [0018] - la couche électroconductricc a une épaisseur comprise entre 2 et 1600 nm ; [0019] - la couche électroconductricc présente un gradient d'épaisseur, c'est-à-dire une variation (le son épaisseur ; qui n'est pas constante ; [0020] - les lignes de flux ont une largeur comprise entre 5 et 1000 pm ; [0021] - la distance entre deux lignes de flux voisines est au moins égale à 8, au plus à 40, et par ordre de préférence croissant à 30, 25 et 20 mm ; [0022] - la couche électroconductrice présente des lignes de séparation de phase consistant en lignes d'ablation de largeur comprise entre 500 et 2000 Fun ; ces lignes de séparation de phase délimitent trois zones de phases différentes dans la mise en oeuvre de courant triphasé ; [0023] - lesdits substrats transparents rigides sont en verre tel que sodocalcique, alumino- silicate, borosilicate, le cas échéant renforcé chimiquement, serai-trempé ou trempé thermiquement, ou en matériau polymère tel que poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA), polycarbonate (PC), poly(téréphtalate d'éthylène) (PET) ou polyuréthane (PU) ; [0024] - la couche électroconductrice est sur la face orientée vers l'intérieur du vitrage feuilleté, de l'un au moins des deux substrats transparents rigides constituant les deux surfaces extérieures du vitrage feuilleté ; [0025] - la couche adhésive intercalaire est choisie parmi les polyvinylbutyral (PVB), poly- uréthane (PU), poly(éthylène - acétate de vinyle) (EVA), ionomère seuls ou en mélange de plusieurs d'entre eux. [0026] L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un vitrage feuilleté décrit précédemment, comprenant la formation sur une couche électroconductrice de lignes de flux de largeur variable contrôlée par ablation au moyen d'un laser pulsé associé à un scanner pour déplacer le spot laser, et/ou par décapage chimique localisé de la couche électroconductrice et/ou par dépôt d'un premier revêtement tel qu'une encre selon un motif correspondant aux lignes de flux, dépôt comme second revêtement de la couche électroconductrice, puis élimination telle que dissolution dudit premier revêtement et de la fraction de la couche électroconductrice le recouvrant. Cc dernier procédé est connu en anglais sous les termes « lift-off ». [0027] Un autre objet de l'invention consiste en l'application d'un vitrage feuilleté décrit précédemment, comme vitrage chauffant pour un véhicule aérien, terrestre notamment ferroviaire, aquatique notamment marin, blindé. [0028] Selon une première modalité de cette application, les faces desdits substrats transparents rigides sont numérotées à partir de celle en contact avec l'atmosphère extérieure définie comme la face 1 et la couche électroconductrice revêt une face n du vitrage feuilleté, avec n supérieur ou égal et de préférence égal à 2, pour une application comme vitrage dégivrant / antigivre. [0029] Selon une seconde modalité de cette application, les faces des substrats transparents rigides étant numérotées comme il vient d'être défini, la couche électroconductrice revêt une face n du vitrage feuilleté, avec n supérieur ou égal à 3, de préférence la face orientée vers l'intérieur du vitrage feuilleté, du substrat transparent rigide en contact avec le volume intérieur du véhicule, pour une application comme vitrage désembuant / antibuée. [0030] Les dessins annexés illustrent l'invention : [0031] [fig.1] représente un substrat transparent rigide revêtu d'une couche chauffante antigivre, et destiné à faire partie d'un vitrage feuilleté de cockpit d'avion de forme complexe vu de face. [0032] [fig.2] est une vue partielle schématique de face d'une couche chauffante antigivre telle que celle de [Fig.1] comportant des lignes de flux conformes à l'invention. [0033] En référence à [Fig.i], un substrat transparent en verre aluminosilicate est revêtu d'une couche électroconductrice 2 en oxyde d'indium dopé à l'étain (ITO) d'épaisseur sensiblement homogène, dont une zone 1 présente quatre bords opposés deux à deux (3, 5), (4, 6), un premier et un second bus bars 7, 8 étant disposés le long de deux bords opposés 3,5. [0034] Des lignes d'ablation de la couche électroconductrice 2 constituent des lignes de flux 9 pour guider le courant électrique entre les bus bars 7, 8. [0035] Si ces lignes dc flux 9 sont de largeur constante, la zone de coin entourée sur [Fig.1] est une zone de densité de puissance de chauffage plus faible que celle des zones centrales de la couche chauffante antigivre 2. Dans cette zone de coin, la densité de puissance est insuffisante. [0036] Pour y remédier, les lignes de flux 9 sont de largeur variable selon l'invention, comme représenté [Fig.2]. Par exemple, la ligne de flux 91 est de largeur constante 200 pm, la ligne de flux 92 de largeur constante 600 pm et la ligne de flux 93 de largeur variant de 200 à 600 pm. En élargissant ainsi les lignes de flux 92, 93, on augment localement la résistance électrique, on diminue la surface de la zone conductrice, et l'on augmente localement la densité de puissance de chauffage, de manière à supprimer le point froid, même en l'absence de gradient d'épaisseur de la couche chauffante 2. [0037] Les Tableaux 1, 2 et 3 suivants donnent des exemples de gain en résistance entre amenées (bus bars) (résistance totale) Ra d'une couche électroconductrice en TTO de 200 nm d'épaisseur, munie de 60 lignes dc flux équidistantes, entre des amenées distantes de 100 mm, en fonction de la largeur de la couche chauffante et de la largeur des lignes de flux. [0038] [Tableauxl] Résistivité couche 2.10-6 Ohm.m Largeur couche 1000 mm Distance entre amenées 100 mm Largeur lignes 100 Kil Nombre dc lignes 60 Epaisseur couche 200 nm Ra sans ligne 1 Ohm Ra avec lignes 1,01 Ohm Delta R 0,60 6 [Tableaux2] Résistivité couche 2.10' Ohm.m Largeur couche 1000 mm Distance entre amenées 100 mm Largeur lignes 600 pm Nombre de lignes 60 Epaisseur couche 200 nm Ra sans ligne 1 Ohm Ra avec lignes 1,04 Ohm Delta R 3,73 % [Tableaux3] Résistivité couche 2.10-6 Ohnun Largeur couche 800 mm Distance entre amenées 100 mm Largeur lignes 600 pin Nombre de lignes 60 Epaisseur couche 200 nm Ra sans ligne 1,25 Ohm Ra avec lignes 1,31 Ohm Delta R 4,71 % [0039] En comparant le Tableau 1 et le Tableau 2, pour une largeur de couche chauffante de 1000 mm, l'élargissement des lignes de flux de 100 à 600 wn fait augmenter la résistance entre amenées Ra de 3,73 % au lieu de 0,60 %, par rapport à une absence de lignes de flux. [0040] Sur le Tableau 3, on voit que pour une largeur de couche électroconductrice de 800 nim des lignes de flux de 600 gin de largeur font augmenter la résistance de 4,71 %, toujours par rapport à une absence de lignes de flux. 7