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VITRAGE FEUILLETE ET SES MOYENS D'ETANCHEIFICATION
ET DE RENFORCEMENT PERIPHERIQUE
La présente invention concerne les vitrages feuilletés, et plus
particulièrement ceux qui présentent des fonctionnalités conférées par
une ou plusieurs couches et/ou un ou plusieurs éléments discontinus
pouvant être de nature organique, minérale ou hybride
organique/minérale. Les vitrages feuilletés sont usuellement constitués de
deux substrats rigides entre lesquels est disposée une feuille ou une
superposition de feuilles de polymère du type thermoplastique. L'invention
inclut aussi les vitrages feuilletés dits asymétriques utilisant un
substrat seul rigide du type verre associé à plusieurs feuilles de polymère,
dont généralement une au moins à base de polyuréthane. L'invention
inclut aussi les vitrages feuilletés ayant au moins une feuille intercalaire à
base d'un polymère adhésif simple ou double face du type élastomère
(c'est-à-dire ne nécessitant pas une opération de feuilletage au sens
classique du terme, feuilletage imposant un chauffage généralement sous
pression pour ramollir et rendre adhérente la feuille intercalaire
thermoplastique).
Les couches ou éléments discontinus évoqués ci-dessus se trouvent
généralement disposés contre un des substrats rigides (ou contre le seul
substrat rigide), entre ledit substrat et la feuille ou une des feuilles
flexibles à base de polymère. Ils peuvent aussi être disposés entre deux
substrats flexibles ou semi-flexibles eux-mêmes associés à un substrat
rigide ou disposés entre deux substrats rigides. Ils seront désignés par la
suite sous le terme de systèmes actifs . Le vitrage peut en comporter
plusieurs.
Les premiers types de système actif intéressant l'invention sont les
systèmes électrochimiques en général, et plus particulièrement les
systèmes électrocommandables du type vitrage à propriétés énergétiques
et/ou optiques variables. Ils comprennent également les systèmes
photovoltaïques et électroluminescents.
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Ces systèmes ont des applications très diverses : les cellules
photovoltaïques convertissent l'énergie solaire en énergie lumineuse.
Les systèmes électrocommandables permettent, notamment,
d'obtenir des vitrages dont on peut modifier à volonté l'obscurcissement/le
degré de vision ou de filtration des rayonnements thermiques/solaires. Il
s'agit par exemple des vitrages viologènes, qui permettent de régler la
transmission ou l'absorption lumineuse, comme ceux décrits dans les
brevets US-5 239 406 et EP-612 82.
Les systèmes électroluminescents convertissent directement
l'énergie électrique en lumière, un exemple étant décrit dans le brevet FR-
2 770 222.
Il y a aussi les vitrages électrochromes, qui permettent de moduler
la transmission lumineuse et thermique. Ils sont décrits, notamment,
dans les brevets EP-253 713, EP-670 346, l'électrolyte étant sous forme
d'un polymère ou d'un gel et les autres couches étant de type minéral. Un
autre type est décrit dans les brevets EP-867 752, EP-831 360,
PCT/FROO/00675, PCT/FR99/01653, l'électrolyte étant cette fois sous la
forme d'une couche essentiellement minérale, l'ensemble des couches du
système étant alors essentiellement minérale : on désigne communément
ce type de système électrochrome sous le terme d'électrochrome "tout-
solide ". Il existe aussi des systèmes électrochromes où l'ensemble des
couches est de type polyrxlère, on parle alors d'électrochrome " tout-
polymère ".
De façon générale, les systèmes électrochromes comportent deux
couches de matériau électrochrome séparées par une couche d'électrolyte
et encadrées par deux couches électroconductrices.
Il existe aussi les systèmes appelés " valves optiques il s'agit de
films à base de polymère dans lesquels sont disposées des
microgouttelettes contenant des particules aptes à se placer selon une
direction privilégiée sous l'action d'un champ électrique. Un exemple en
est décrit dans le brevet W093/09460.
Il existe aussi les systèmes à cristaux liquides, d'un mode de
fonctionnement similaire aux précédents : ils utilisent un film de polymère
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placé entre deux couches conductrices et dans lequel sont dispersées des
gouttelettes de cristaux liquides, notamment nématiques à anisotropie
diélectrique positive. Quand le film est sous tension, les cristaux liquides
sont orientés selon un axe privilégié, ce qui autorise la vision. Hors
tension, le film devient diffusant. Des exemples en sont décrits dans les
brevets EP-238 164, US-4 435 047, US-4 806 922, US-4 732 456. On
peut aussi citer les polymères à cristaux liquides cholestériques, comme
ceux décrits dans le brevet W092/ 19695.
Un second type de système actif auquel s'intéresse l'invention
concerne les couches ou empilements de couches dont les propriétés se
modifient sans alimentation électrique, sous l'effet de la chaleur ou de la
lumière : on peut citer les couches thermochromes, notamment à base
d'oxyde de vanadium, les couches thermotropes ou les couches
photochromes. Dans le cadre de la présente invention et dans tout le
présent texte, il faut prendre le terme couche dans son sens le plus
large : il peut s'agir aussi bien de matériaux minéraux que de matériaux
de type organique, des polymères tout particulièrement, pouvant se
présenter sous forme de films de polymère ou même de films de gel. C'est
notamment le cas des gels thermotropes, par exemple ceux décrits dans
les brevets EP 639 450, US 5 615 040, WO 94/20294 et EP 878 296.
Un troisième type de système actif auquel s'intéresse l'invention
concerne les éléments sous forme de fils ou de réseaux chauffants, ou des
couches conductrices chauffantes, par effet Joule (il peut s'agir de fils
incrustés à la surface de la feuille thermoplastique, comme cela est décrit
notamment dans les brevets EP- 785 700, EP- 553 025, EP- 506 521 et
EP- 496 669).
Un quatrième type de système actif auquel s'intéresse l'invention
concerne les couches ou empilements de couches à propriétés de contrôle
solaire, bas-émissives, notamment à base d'une ou plusieurs couches
d'argent intercalées par des couches en diélectrique. Ces empilements
peuvent être déposés sur un des substrats rigides ou être déposés sur un
substrat souple du type PET(polyéthylène téréphtalate) que l'on dispose
entre deux feuilles en polymère thermoplastique du type
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PVB(polyvinylbutyral) venant assembler les deux substrats rigides du type
verre. On en trouve des exemples dans les brevets EP-638 528, EP-718
250, EP-724 955 , EP-758 583 et EP- 847 965.
Certains de ces systèmes ont besoin de moyens de connexion
.5 électrique à une source de courant extérieure qui doivent être conçus de
façon à éviter tout court-circuit. Tous ces systèmes ont en commun le fait
qu'ils peuvent, à plus ou moins grande échelle, être sensibles aux
agressions mécaniques, chimiques, au contact de l'eau, à des échanges
avec l'extérieur.
Ce sont les raisons pour lesquelles, pour préserver leur bon
fonctionnement, ces systèmes actifs sont usuellement disposés contre au
moins un substrat porteur protecteur. Ils sont le plus souvent disposés
entre deux substrats protecteurs, par exemple en verre, en polymère rigide
ou semi-rigide ou flexible, soit par contact direct soit par l'intermédiaire
de
feuille(s) de polymère d'assemblage du type thermoplastique. Il s'agit le
plus souvent de la structure feuilletée décrite plus haut. Sont souvent
prévus des moyens d'étanchéification périphériques dont le but est d'isoler
au maximum le système actif de l'extérieur.
De tels moyens d'étanchéification sont décrits dans le brevet
français n 2 815 374 qui vise un système de joints. Ce système de joints
est constitué d'un ensemble d'éléments ajoutés en périphérie du vitrage
dans un but d'isolation aux gaz, aux liquides, aux poussières,
éventuellement pour assurer un renfort mécanique ou une interface avec
le cadre de montage (la carrosserie dans le cas de vitrages pour
l'automobile). Le système de joints est souvent composé de plusieurs
éléments afin d'assurer simultanément l'ensemble des fonctions. Comme
décrit dans ce brevet le système de joints associe un joint à base de
polyisobutylène (barrière aux gaz), dénommé joint butyle, et un joint
polysulfure ou polyuréthanne (barrière aux liquides).
Par ailleurs, dans ce brevet français, le joint butyle est
préférentiellement placé entre les deux substrats, et ce pour deux raisons
au moins. D'une part sa température de transition vitreuse Tg très basse
lui confère des propriétés thermomécaniques insuffisantes dans les
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températures habituelles d'utilisation et il ne doit pas être en contact
direct avec le milieu extérieur car il risquerait d'être dégradé par exemple
par arrachement. D'aûtre part, il est en contact avec la face intérieure de
chacun des substrats et cela garantit la continuité de la barrière aux gaz
sur tout le pourtour du vitrage.
Ce système de joints est efficace pour des substrats dont l'épaisseur
est classique (de l'ordre de quelques mm) et pose des problèmes pour des
substrats dits minces (épaisseur inférieure au mm)
En effet, cet ensemble substrat rigide/intercalaire souple/substrat
rigide peut être excessivement sollicité sur le plan mécanique lors de
l'opération de feuilletage (qui se fait usuellement sous pression et
généralement à chaud). En effet, les bords des substrats rigides, dans la
zone où se situe la gorge périphérique du système actif, se trouvent en
porte-à-faux et ont tendance à fléchir sous la pression par rapport à la
partie plus centrale desdits substrats. Il va s'ensuivre des effets de
distorsion optiques, visibles en réflexion et /ou en transmission.
Dans le cas de substrat rigide de type verrier, un risque de casse
existe. Il va aussi y avoir risque d'adhésion incomplète, éventuellement
signifiée par la présence de bulles en périphérie.
De plus les substrats minces ne possèdent pas de propriétés
mécaniques suffisantes pour résister aux efforts de compression générés
par les moules lors de l'opération d'encapsulation post feuilletage et
encourent un risque de casse en périphérie, entrainant de ce fait une non-
conformité du dispositif incorporant le système actif.
Comme indiqué dans le brevet FR 2 815 374, on peut insérer des
moyens de renfort mécanique à l'intérieur de joint butyle comme des billes
d'acier ou ajouter en périphérie un cadre métallique mais tous ces
éléments ont l'inconvénient de présenter un comportement
thermomécanique différent du polymère de feuilletage, et donc d'amplifier
les risques de déformation optique ou de casse. De plus, dans le cas du
cadre métallique, celui-ci ne feuillette pas sur les substrats et l'adhésion
entre les deux substrats en périphérie est donc nulle.
L'invention a alors pour but d'améliorer la conception des systèmes
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de joints des vitrages feuilletés précités, notamment en ce qui concerne
leurs propriétés chimiques et/ou leurs propriétés mécaniques, et/ou leur
mise en oeuvre et/ou leur configuration par rapport aux substrats
protégeant les systèmes actifs.
On utilise généralement des joints en caoutchouc butyle associés à
des joints en silicone ou en polysulfure.
Cependant, ces joints sont susceptibles d'améliorations à plusieurs
titres. En effet, ces joints doivent répondre au mieux à au moins trois
exigences qui ne sont pas forcément compatibles :
- comme on l'a vu, ils doivent isoler le système actif de l'extérieur.
Ils doivent donc jouer le rôle de barrière le plus efficacement possible,
notamment vis-à-vis de l'eau ou de tout autre solvant, et ce sous sa forme
vapeur et/ou sous sa forme liquide.
Or, les joints utilisés jusque-là, notamment ceux décrits dans FR 2
815 374 notamment à base de caoutchouc butyle, ne donnent pas
entièrement satisfaction sur ce point, il constitue une barrière
globalement satisfaisante à l'eau sous forme de vapeur mais pas à l'eau
sous forme liquide.
- leur mise en oeuvre, la façon dont on les pose au bord des
dispositifs n'est pas nécessairement la plus simple sur le plan industriel,
- et enfin, leurs propriétés mécaniques peuvent être bien inférieures
à ce qui serait requis.
On connaît par ailleurs par le document US-A-6 001 487 un vitrage
feuilleté comportant deux substrats entre lesquels est disposé un système
actif, ledit vitrage étant muni d'un moyen d'étanchéification périphérique
comprenant un joint à base de polyisobutylène.
Plus particulièrement, lorsque le système actif est interposé entre
deux substrats minces (épaisseur de chacun des substrats sensiblement
voisine de 3 mm, voire beaucoup moins (entre 0.4 mm et 1.8 mm de
préférence 0,7 mm), le moyen d'étanchéification périphérique qui doit
apporter une barrière d'étanchéité à l'eau liquide et qui est rapporté
généralement par une technique d'encapsulation risque de détériorer le
vitrage. En effet, les substrats minces ne possèdent pas de propriétés
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mécaniques suffisantes pour résister aux efforts de compression générés
par les moules et encourent un risque de casse en périphérie, entraînant
de ce fait une non-conformité du dispositif incorporant le système actif.
Par ailleurs, le recours à des substrats feuilletés dits minces réduit
fortement les surfaces de contact permettant l'accrochage du joint
périphérique. En effet, l'accrochage optimal d'un joint périphérique
rapporté par une technique d'extrusion et/ou d'encapsulation est
conditionné par l'épaisseur de la feuille de verre. On comprend alors que
pour un substrat mince, le chant de la feuille de verre se résume à
quasiment une ligne, ce qui est manifestement d'une épaisseur trop
réduite pour permettre un accrochage optimal du joint.
L'invention a alors pour but d'améliorer la conception des joints
d'étanchéification périphériques des vitrages feuilletés précités,
notamment en ce qui concerne leurs propriétés chimiques et/ou leurs
propriétés mécaniques, et/ou leur mise en oeuvre et/ou leur configuration
par rapport aux substrats protégeant les systèmes actifs.
L'invention a tout d'abord pour objet un vitrage feuilleté, dont les
différentes structures ont été décrites plus haut, et comprenant un
système actif parmi l'un de ceux cités précédemment qui est disposé
entre deux substrats minces dudit vitrage. L'invention consiste à munir ce
vitrage d'un premier moyen d'étanchéification périphérique du système
actif, notamment vis-à-vis de l'eau sous forme vapeur, comprenant au
moins un joint à base de polymère(s) thermofusible(s) choisi(s) parmi au
moins une des familles de polymère suivantes : éthylène vinylacétate,
polyisobutylène (caoutchouc butyle), polyamide, et d'un second moyen
d'étanchéification, notamment vis-à-vis de l'eau liquide, ce deuxième
moyen d'étanchéification étant positionné entre les substrats et de
manière périphérique par rapport au premier moyen d'étanchéification.
Il est en effet important non seulement de choisir un polymère
intrinsèquement étanche, mais qui adhère également très bien aux
matériaux avec qu'il est en contact, de façon à éviter de créer des chemins
de diffusion à l'interface joint/matériau à étanchéifier, de façon à éviter
toute délamination du joint. A la place ou en plus de l'utilisation d'un tel
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agent collant, on peut aussi jouer sur la répartition des masses molaires
présentes dans le polymère thermofusible, tout particulièrement dans le
cas des polyisobutylènes : mélanger plusieurs masses molaires permet
d'avoir une bonne résistance au fluage en température (pour les hautes
masses) et d'avoir aussi une bonne adhérence aux. matériaux à
étanchéifier, un bon tack (pour les faibles masses molaires).
Globalement le premier moyen d'étanchéification et au sens de
l'invention, est thermofusible. Il présente, un point de ramollisement à
température ambiante, un aspect mou et du fait sa viscosité, à cette
température, on peut donc le liquéfier pour le poser/les mettre en forme à
des températures acceptables industriellement.
Ils présentent aussi une viscosité comprise entre 0,1 et 20 Pa.s,
notamment entre 0.8 et 8 Pa.s, mesurée à 190 C.
Enfin, ils présentent une perméabilité à l'eau sous forme vapeur
inférieure ou égale à 5 ou 4 ou 3 g/m2/24h, notamment inférieure ou
égale à 1 g/m2/24h selon la norme ASTM E 9663 T: cela signifie qu'ils
sont particulièrement imperméables à l'eau.
On peut substituer les polymères thermofusibles des joints décrits
plus haut par des mastics, qui sont des polymères se comportant à chaud
comme les polymères thermofusibles, mais dont la transformation de la
phase solide à la phase liquide n'est pas réversible contrairement aux
thermofusibles (car il s'agit de thermodurcissables). L'avantage de pouvoir
les mettre en place dans le vitrage en phase liquide existe aussi pour cette
famille des mastics, à condition de sélectionner ceux d'entre eux qui ne
réticulent qu'après leur mise en place.
On préfère tout particulièrement les mastics à base de polyuréthane,
dont la perméabilité à l'eau sous forme vapeur est inférieure ou égale à 4
g/m2/24h, voire proche de 2. Des mastics à base de PU satisfaisant aux
critères recherchés (ayant notamment une perméabilité à l'eau sous forme
vapeur inférieure ou égale à 5 g/m2/24 h), sont les mastics
commercialisés sous la référence IS442 par la société TREMCO
(perméabilité de 5 g/m2/24 h), et sous la référence PU 3189/2 par la
société LE JOINT FRANÇAIS (perméabilité 4 g/m2/24 h). L'avantage de
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ces mastics particuliers est qu'ils peuvent assurer à la fois une bonne
imperméabilité à l'eau vapeur et à l'eau liquide, alors qu'il est préférable
de doubler les joints à base de polymères thermofusibles d'un second
joint destiné à servir de barrière à l'eau liquide. Il peut aussi s'agir de
mastics à base de polysulfure ou de silicone.
En conclusion sur la nature chimique des polymères utilisés dans
les premiers moyens d'étanchéification selon l'invention, ces polymères
thermofusibles étaient connus dans des applications très différentes,
notamment dans l'industrie de la chaussure et du cartonnage, et il s'est
. avéré qu'ils étaient particulièrement intéressants dans le tout autre
domaine technique qui concerne l'invention.
Un autre volet de l'invention concerne la façon dont on peut
améliorer également la résistance mécanique des joints d'étanchéité pour
ces vitrages feuilletés à partir de feuille de verre dite mince, notamment
mais non exclusivement, des joints thermofusibles décrits plus haut :
l'invention a également pour objet le même type de substrat, muni d'un
premier moyen d'étanchéification périphérique, notamment vis-à-vis de
l'eau sous forme vapeur, qui comprend au moins un joint à base de
polymère et qui est associé à un deuxième moyen d'étanchéification
apportant à la fois des moyens de renforcement mécanique et/ou de
calibrage de l'espacement entre les deux substrats entre lesquels se trouve
le système actif et une étanchéité à l'eau sous forme liquide.
En effet, il est nécessaire dans un certain nombre de cas de figures,
que le joint ait une résistance mécanique significative. Cela est tout
particulièrement le cas quand le dispositif se présente sous la forme d'un
vitrage feuilleté comprenant deux substrats rigides ou semi-rigides, dont
l'épaisseur peut être qualifiée de mince (entre 0.4 mm et 1.8 mm) entre
lesquels on a le système actif et une ou plusieurs feuilles de polymère
d'assemblage. Dans ce cas, une configuration commode consiste à prévoir
que la ou les feuilles de polymère d'assemblage (ainsi que le système actif
lui-même) soient de dimensions inférieures à celles des deux substrats.
On crée ainsi à la périphérie du vitrage une gorge où l'on va pouvoir loger
le ou les deuxièmes moyens d'étanchéification. Grâce à cette
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configuration, on peut utiliser cependant un joint thermofusible (qui
n'apporte aucun renfort mécanique) en raison du recours simultané d'un
second joint périphérique à propriété de renfort mécanique et de barrière à
l'eau.
L'utilisation dans ces conditions d'un ou plusieurs joints
périphériques va pouvoir maintenir l'écartement approprié entre les deux
substrats minces à leur périphérie, en s'opposant à leur tendance à la
flexion dans la zone périphérique " critique " de la gorge, pendant
l'opération d'assemblage au moins.
Selon une forme de réalisation du deuxième moyen
d'étanchéification et de renforcement/de calibrage, ce dernier peut se
présenter sous forme d'un cadre, notamment en matière thermoplastique,
du type intercalaire de feuilletage, à bas point de fusion. La section du
cadre peut être carré, rectangulaire, etc. Ce cadre peut être d'une pièce,
ou être en plusieurs parties qu'on met bout à bout lors de la pose. Ce
second moyen d'étanchéification périphérique peut prendre la forme d'un
joint en polymère thermoplastique, par exemple en polyvinylbutyral PVB,
en éthylène vinylacétate EVA, à base de polymère à base de soufre, à base
de polyéthylène acrylate, de EPDM que l'extrude comme le premier moyen
d'étanchéification à base de butyle, ou en certains polyuréthanes.
Avantageusement, ce joint peut être en fait de même nature chimique, ou
de nature chimique proche, de celle des feuilles intercalaires
thermoplastiques servant au feuilletage du vitrage.
On peut ainsi se rapprocher de la structure des cadres/entretoises
qui servent à maintenir l'espacement entre les verres des double-vitrages
standards.
On a ainsi découpé en retrait la ou les feuilles intercalaires par
rapport aux deux verres, afin de créer une gorge périphérique pour y loger
le ou les joints, et on peut faire en sorte que la gorge soit munie d'un ou
de deux joints tels que décrits plus haut. Puis, on acheve de la combler
avec une bande de polymère thermoplastique de la même origine que les
feuilles intercalaires. Ces bandes assurent en effet correctement le rôle
d'étanchéification aux liquides, et sont en un matériau déjà disponible
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puisqu'on y a recours pour faire les intercalaires : c'est une solution
simple et efficace, que de détourner ainsi des feuilles thermoplastiques
pour leur faire jouer le rôle de joints complémentaires. Ce joint
thermoplastique est de préférence continu tout autour du vitrage. Il peut
aussi être discontinu. Il vient ainsi emprisonner le ou les autres joints
disposés avant lui dans la gorge périphérique.
Dans ce cas-là, de préférence les premiers et seconds moyens
d'étanchéification du dispositif comprennent des joints qui sont accolés.
On peut faire une co-injection/une co-extrusion par exemple de deux
types de joints de formulations chimiques différentes. On peut aussi
déposer côte-à-côte deux cordons pré-extrudés ou pré-coulés ou pré-
découpés. On peut faire en sorte que tous les joints soient logés dans la
gorge périphérique décrite plus haut. On a alors un dispositif dont
l'étanchéification est affleurante, et ne " déborde " pas des substrats, ce
qui est à la fois esthétique et pratique pour le montage du substrat dans
des véhicules automobiles, des aéronefs (utilisation en tant que hublot)
ou bâtiments, ou dans des écrans ou displays .
Généralement, ces moyens d'étanchéification et de renforcement
mécanique sont posés sur un des substrats du dispositif, avant son
assemblage avec l'autre substrat (cas des cordons évoqués plus haut).
On peut aussi utiliser un joint unique, à partir du moment où sa
nature chimique le rend imperméable à la fois à l'eau liquide et à l'eau
vapeur de façon satisfaisante.
Avantageusement, les moyens d'étanchéification et de renforcement
utilisés dans le cadre de l'invention sont disposés de façon à ne pas avoir
de contact avec les couches électroconductrices du système actif.
L'invention sera décrite ci-après plus en détail avec les exemples
non limitatifs suivants à l'aide des figures 1, 2 et 3. Ces figures
représentent, de manière très schématique, un vitrage électrochrome
feuilleté étanchéifié selon l'invention. Les exemples se rapportent tous à
un vitrage électrochrome " tout solide ".
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Sur les dessins annexés, certains éléments peuvent être représentés
à des dimensions plus grandes ou plus petites que dans la réalité, et ce
afin de faciliter la compréhension des figures .
L'exemple illustré par les figures 1, 2, concerne un vitrage 1
électrochrome. Il comprend successivement, de l'intérieur. vers l'extérieur
de l'habitacle, deux verres minces S1, S2, qui sont des verres clairs (ils
peuvent aussi être teintés) silico-sodo-calciques, de respectivement 0.4
mm et 1.8 mm d'épaisseur par exemple.
Les verres S 1 et S2 sont de même taille et leurs dimensions sont
150 mm x 150 mm.
Le verre S1 est feuilleté au verre S2 par une feuille fl
thermoplastique en polyuréthane (PU) de 0,8 mm d'épaisseur (elle peut
être remplacée par une feuille d' éthylènevinylacétate (EVA) ou de
polyvinylbutyral (PVB) en emprisonnant un empilement 3 de couches
minces de type électrochrome.
L'empilement de couches minces électrochromes peut être du type
tout solide et il comporte par exemple un empilement actif 3 placé entre
deux matériaux conducteurs électroniques appelés aussi collecteurs de
courant 2 et 4. Le collecteur 2 est destiné à être au contact de la face 2.
Les collecteurs 2 et 4 et l'empilement actif 3 peuvent être soit
sensiblement de dimensions et de formes identiques, ou soit sensiblement
de dimensions et de formes différentes, et on conçoit alors que le
cheminement des collecteurs 2 et 4 sera adapté en fonction de la
configuration. Par ailleurs, les dimensions des substrats en particulier S 1
peuvent être essentiellement supérieures à celles de 2, 4 et 3.
Les collecteurs 2 et 4 sont de type métallique ou du type TCO
(Transparent Conductive Oxide) en In203:Sn (ITO), Sn02:F, ZnO :Al, ou
être un multi-couche du type TCO/métal/TCO (ces TCO pouvant être
choisis parmi ceux précédemment mentionnés), et le métal étant choisi
notamment parmi l'argent, l'or, le platine, le cuivre. Il peut s'agir
également d'un multi-couche de type NiCr/métal/NiCr, le métal étant
choisi également notamment parmi l'argent, l'or, le platine, le cuivre.
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Selon les configurations, ils peuvent être supprimés et dans ce cas
des amenées de courant sont directement en contact avec l'empilement
actif 3.
Le vitrage 1 incorpore des amenées de courant 8, 9 qui permettent
de commander le système actif via une alimentation électrique. Ces
amenées de courant sont du type de ceux utilisés pour les vitrages
chauffants (à savoir clinquant, fils ou similaire).
Une forme préférée de réalisation du collecteur 2 consiste à déposer
sur la face 2 (on rappellera le système de numérotation des faces : 1 face
extérieure de S1, 2 face intérieure de S1, 3 face intérieure de S2, 4 face
extérieure de S2 dirigée vers l'intérieur d'une enceinte) une première
couche SiOC de 50 nm surmontée d'une seconde couche en Sn02 :F de
400 nm (deux couches de préférence déposées successivement par CVD
sur le verre float avant découpe).
Une seconde forme de réalisation du collecteur 2 consiste à déposer
en face 2 un bicouche constitué d'une première couche à base de Si02
dopée ou non (notamment dopé avec de l'aluminium ou du bore) d'environ
nm surmontée d'une seconde couche d'ITO d'environ 100 à 600 nm
(deux couches de préférence déposées successivement, sous vide, par
20 pulvérisation cathodique assistée par champ magnétique et réactive en
présence d'oxygène éventuellement à chaud).
Une autre forme de réalisation du collecteur 2 consiste à déposer en
face 2 une mono couche constituée d'ITO d'environ 100 à 600 nm (une
couche de préférence déposée, sous vide, par pulvérisation cathodique
assistée par champ magnétique et réactive en présence d'oxygène
éventuellement à chaud)
Le collecteur 4 est une couche d'ITO de 100 à 500 nm également
déposée par pulvérisation cathodique réactive assistée par champ
magnétique sur l'empilement actif.
L'empilement actif 3 se décompose de la façon suivante selon une
première variante de réalisation :
= une couche de matériau électrochrome anodique en oxyde de
nickel de 100 à 300 nm, alliée ou non à d'autres métaux,
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= une couche en oxyde de tantale hydraté ou d'oxyde de silice
hydraté ou d'oxyde de zirconium hydraté de 100 nm ou un mélange de ces
derniers,
= une couche de matériau électrochrome cathodique à base d'oxyde
.5. de tungstène de 200 à 500 nm, préférentiellement de 300 et 400 nm,
notamment voisine de 370 nm.
Selon une deuxième variante de réalisation, l'empilement actif 3 se
décompose de la façon suivante :
= une couche de matériau électrochrome anodique en oxyde de
nickel de 100 à 300 nm, alliée ou non à d'autres métaux.
= une couche en oxyde de tungstène hydraté de 100 nm,
= une couche en oxyde de tantale hydraté ou d'oxyde de silice
hydraté ou d'oxyde de zirconium hydraté de 100 nm ou un mélange de ces
derniers,
= une couche de matériau électrochrome cathodique à base d'oxyde
de tungstène hydraté de 200 à 500 nm, préférentiellement de 300 et 400
nm, notamment voisine de 370 nm.
Selon une troisième variante de réalisation, l'empilement actif 3 se
décompose de la manière suivante
= une couche de matériau électrochrome anodique en oxyde
d'iridium 70 à 100 nm, alliée ou non à d'autres métaux.
= une couche en oxyde de tungstène hydraté de 100 nm,
= une couche en oxyde de tantale hydraté ou d'oxyde de silice
hydraté ou d'oxyde de zirconium hydraté de 100 nm ou un mélange de ces
derniers,
= une couche de matériau électrochrome cathodique à base d'oxyde
de tungstène hydraté de 200 à 500 nm, préférentiellement de 300 et 400
nm, notamment voisine de 370 nm.
L'empilement actif 3 peut être incisé sur tout ou partie de sa
périphéries de gorges réalisées par des moyens mécaniques ou par attaque
par rayonnement laser, éventuellement pulsé, et ce afin de limiter les
fuites électriques périphériques comme cela est décrit dans la demande
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française FR-2 781 084.
Selon d'autres variantes, l'empilement actif 3 tout solide peut
être remplacé par d'autres familles d'électrochromes du type polymère.
Ainsi, par exemple, une première partie formée d'une couche de
matériau électrochrome ou autrement appelée couche active, en poly(3, 4-
éthylène-dioxythiophène) de 10 à 10000 nm, de préférence de 50 à 500
nm ; en variante il peut s'agir de l'un des dérivés de ce polymère, est
déposée par des techniques connues de dépôt par voie liquide
(pulvérisation ou spray coating , trempage ou dip coating ,
pulvérisation rotative ou spin coating ou par coulée), ou encore par
électrodéposition, sur un substrat revêtu de son collecteur de courant, ce
collecteur de courant pouvant être une couche conductrice inférieure ou
supérieure formant le conducteur électronique (l'anode ou la cathode),
éventuellement pourvue de fils ou similaires. Quel que soit le polymère
constituant cette couche active, ce polymère est particulièrement stable,
notamment au UV, et fonctionne par insertion-désinsertion d'ions lithium
(Li+) ou alternativement d'ions H+.
Une seconde partie jouant le rôle d'électrolyte, et formée d'une
couche d'épaisseur comprise entre 50 nm à 2000 gm, et de préférence
comprise entre 50 nm à 1000 gm, est déposée par une technique connue
de dépôt par voie liquide (pulvérisation ou spray coating , trempage ou
dip coating , pulvérisation rotative ou spin coating ou par coulée,
entre les première et troisième parties sur la première partie ou encore
par injection. Cette seconde partie est à base de polyoxyalkylène,
notamment du polyoxyéthylène. Et peut être associée à une couche
d'électrolyte de type minéral, à base par exemple d'oxyde hydraté de
tantale, de zirconium ou de silicium.
Cette seconde partie d'électrolyte déposée sur la couche de matériau
électrochrome active, elle-même supportée par le substrat en verre ou
analogue, est alors revêtue par une troisième partie dont la constitution
est analogue à la première partie, à savoir cette troisième partie se
décompose en un substrat, revêtu d'un collecteur de courant (fils
conducteurs, fils conducteurs + couche conductrice, couche conductrice
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uniquement), ce collecteur de courant étant lui-même recouvert par une
couche active.
Cet exemple correspond à un vitrage fonctionnant par transfert
protonique. Il est constitué d'un premier substrat en verre S1, de verre
silico-sodo-calcique de 0.8 mm, puis successivement :
= une première couche électroconductrice en Sn02:F de 300 nm,
= une première couche de matériau électrochrome anodique en oxyde
de nickel hydraté NiOXHy de 185 nm, (elle pourrait être remplacée
par une couche en oxyde d'iridium hydraté de 55 nm),
= un électrolyte se décomposant en une première couche en oxyde de
tantale hydraté de 70 nm, une seconde couche en solution solide
de polyoxyéthylène avec de l'acide phosphorique POE-H3P04 de 100
micromètres ou alternativement une solution solide de polyéthylène
imine avec de l'acide phosphorique PEI-HaPOa., associé à
= une couche en oxyde de tantale hydraté ou d'oxyde de silice hydraté
ou d'oxyde de zirconium hydraté de 100 nm ou un mélange de ces
derniers,
= une seconde couche de matériau électrochrome cathodique à base
d'oxyde de tungstène de 350 nm,
= une seconde couche de Sn02:F de 300 nm puis un second substrat
en verre identique au premier.
On a donc, dans cet exemple, un électrolyte bi-couche à base de
polymère habituellement utilisé dans ce type de vitrage, qui est doublé
d'une couche d'oxyde de tantale hydraté suffisamment conductrice pour
ne pas pénaliser le transfert de protons via le polymère et qui protège la
contre-électrode en matériau électrochrome anodique du contact direct
avec ce dernier, dont l'acidité intrinsèque lui serait préjudiciable.
A la place de la couche en Ta205 hydraté peut être utilisée une
couche de type Sb205 ou TaWOX hydraté.
On peut aussi prévoir un électrolyte tri-couche, avec deux couches
d'oxyde hydraté, soit de part et d'autre de la couche de polymère, soit
superposées l'une à l'autre du côté de la couche de matériau
électrochrome anodique .
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Quel que soit le type de système actif, le vitrage représenté en
figures 2,3 incorpore un premier joint périphérique en contact avec les
faces 2 et 3, ce premier joint 10 étant adapté pour réaliser une barrière
aux agressions chimiques extérieures ainsi qu'une barrière à l'eau sous
forme vapeur.
Un exemple de formulation pour ce premier joint est le suivant :
- une base d'étylène-vinylacétate dont de 5 à 40% de vinylacétate et de 40
à 95% d'étylène (il s'agit notamment de l'EVA commercialisé par la
société National Starch sous le nom de " Instant Pak 2300 " ou de l'EVA
commercialisé par la société TRL sous le nom de " Thermelt
2147/2157), cette base pouvant contenir au moins un des additifs
suivants :
- une résine tackifiante
- un agent de réticulation
- une charge
Avec ce type de formulation, on obtient un premier joint 10 qui est à
la fois remarquablement imperméable à l'eau sous forme vapeur et très
adhérent au verre, ce qui le rend très efficace.
Alternativement, on peut utiliser à la place du joint à base d'EVA
un joint à base de polyamide ou de polyisobutylène ou de caoutchouc
butyle.
Dans l'exemple précité, le joint est thermofusible (c'est un hot-
melt selon le terme anglais). Il est mou à température ambiante ou on
peut le fondre, puis l'injecter sous pression dans la gorge périphérique du
vitrage une fois assemblé. On peut aussi le poser à la périphérie du verre
S 1 avant son assemblage avec le verre S2, l'opération de feuilletage le
calibrant à la section voulue sous l'effet de la pression et éventuellement
de la chaleur.
Un deuxième joint périphérique 11 est en contact avec les faces 2 et
3 de S 1 et de S2 et est positionné en périphérie du premier joint
d'étanchéité 10. Il réalise une barrière d'étanchéité avec l'eau liquide et
assure un moyen de renforcement mécanique de la gorge périphérique,
évitant aux substrats minces de se briser lors du feuilletage ou lors des
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manipulations successives.
Ce second joint 11 vient entourer le premier joint d'étanchéité 10 et
sert à réaliser l'étanchéité vis-à-vis de l'eau liquide. On peut le déposer :
- par extrusion de polyuréthane PU ou de tout polymère thermoplastique
.5 élastomère TPE
- par injection réactive de PU (technique que l'on désigne souvent sous le
terme de RIM en anglais, pour Reactive Injection Molding )
- par injection thermoplastique d'un mélange PVC (polychlorure de
vinyle) /TPE
- par injection et vulcanisation de terpolymère d'éthylène, de propylène et
d'un diène EPDM.
- par dépôt d'un cadre ou d'une portion de cadre réalisé dans une matière
thermoplastique similaire à celle utilisée pour les intercalaires de
feuilletage.
Il peut aussi s'agir d'une bande de PU, d'EVA, de PVB, de polyéthylène
acrylate, par exemple de même nature que celle de la feuille intercalaire
thermoplastique.
La pose peut se faire simultanément ou consécutivement avec celle
du premier joint, avant ou après assemblage du vitrage. Il peut être
" débordant ", recouvrir les chants des deux verres, ou venir s'accoler au
premier joint dans la gorge périphérique du vitrage de façon à ce que
l'ensemble des deux joints soit affleurant dans le vitrage feuilleté final.
L'invention a donc mis au point une nouvelle formulation chimique
de joint et un nouveau moyen pour le renforcer mécaniquement. Ces
moyens d'étanchéification et de renforcement mécanique sont efficaces
dès qu'il s'agit de protéger des couches /éléments entre deux substrats
qui sont sensibles à l'eau (liquide et/ou vapeur), ou aux gaz tels que
l'oxygène et, de façon générale, à toute exposition à l'atmosphère.
L'invention permet également de simplifier le processus de
fabrication, les joints étant positionnés lors de l'opération de feuilletage,
il
n'y a plus lieu de procéder à l'opération d'encapsulation post feuilletage.
On peut bien sûr aussi les utiliser pour les vitrages à système actif
fonctionnant en réflexion (miroir électrochrome du type rétroviseur par
exemple), pour des vitrages où l'intercalaire thermoplastique est remplacé
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par un film en polymère adhésif double-face.
Ils s'appliquent aussi aux substrats non verriers. Ils peuvent aussi
s'appliquer à des systèmes actifs ayant besoin d'une étanchéification
périphérique mais ne se présentant pas sous forme de vitrage feuilleté
(double vitrage, système sans substrat rigide ...).
Ainsi, il peut s'appliquer aussi aux vitrages pour lesquels
l'empilement actif n'occupe qu'une portion réduite de la surface totale du
vitrage (bandeau pare-soleil par exemple....) ou plus généralement tout
type de vitrage dans lequel le système actif, notamment électrochrome,
n'est qu'un élément accessoire dans l'ensemble du vitrage. Dans ce cas, le
PU et son premier moyen d'étanchéification périphérique ne sont
nécessaires que pour les zones couvertes par le système actif, le deuxième
moyen d'étanchéification et de renforcement, notamment à base de EVA
ou de PVB étant suffisants pour les zones classiques.
Selon encore une autre variante préférée de l'invention, le vitrage
feuilleté précédemment décrit peut être utilisé en tant que façade devant
un tableau de bord de véhicule. Positionné devant ce dernier, lorsque le
système actif est coloré, il obscurcit le tableau de bord masquant de ce fait
les informations ou les différents cadrans (compte tour, indicateur de
vitesse, de température, écran de visualisation, montre, ...) n'apparaissant
pas au niveau de tableau bord. Cet état coloré du système actif permet
d'avoir un rendu particulièrement esthétique de l'ensemble de la planche
de bord (en général cette situation constitue la position arrêt du véhicule).
Au contraire dans un état décoloré du système actif, le vitrage
feuilleté positionné en façade devant le tableau de bord n'entrave pas la
vision par le conducteur des informations émanant du tableau de bord et
le tableau de bord ne voit pas sa fonctionnalité affectée. On peut noter que
l'invention présente l'avantage particulier de permettre, par rapport aux
solutions de l'art antérieur généralement constituées par des façades en
verre teinté, d'éviter un surdimensionnement, des systèmes
d'informations du tableau de bord qui doivent néanmoins garantir une
visualisation de ces informations malgré la façade teintée, ce
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surdimensionnement entrainant une sur consommation électrique des
dispositifs d'affichage, et un échauffement excessif de ces derniers.
On peut également utiliser le vitrage feuilleté selon l'invention,
toujours positionné en façade devant les écrans d'un tableau de bord, en
tant qu'écran de visualisation tête haute (en anglais HUD pour Head Up
Display).
Afin de garantir une visualisation correcte des informations
projetées sur cet écran, le vitrage feuilleté est associé à un troisième
contre-verre qui lui est superposé. Afin d'éviter que l'image virtuelle
projetée et visualisée sur cet écran ne soit déformée compte tenu des
différentes réflexions inhérentes aux propriétés réflectives du verre
(différentes faces), de la position relative de l'utilisateur par rapport au
plan de l'image, le contre-verre est superposé avec le vitrage feuilleté objet
de l'invention en interposant une feuille de PVB en coin (communément
appelée en anglais Wedge PVB).
Le fonctionnement de l'écran de visualisation tête haute est le
suivant :
Dans un état coloré du système actif, l'image projetée est réfléchie
par l'écran et devient visible, sans déformation optique, par le conducteur.
Dans un état décoloré du système actif, l'image projetée (ou non
projetée), n'est pas réfléchie par l'écran positionné en façade du tableau de
bord, et les informations habituelles venant des indicateurs, compteurs, et
similaires du tableau de bord, apparaissent normalement.
