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WO 2018/002481 1 PCT/FR2017/051658
VITRAGE AERONAUTIQUE COMPRENANT UNE FEUILLE DE POLYMERE
ACRYLIQUE A PROPRIETES MECANIQUES AMELIOREES
L'invention a trait aux vitrages aéronautiques dont l'utilisation est
particulièrement exigeante : choc à l'oiseau, différences de pressions entre
l'extérieur et l'intérieur, exposition à des températures très basses côté
extérieur. Pour ces vitrages il est nécessaire de garantir un niveau élevé de
résistance mécanique, de transparence et qualité optique préservées
durablement.
Il est connu de modifier physiquement une feuille de matériau polymère
tel qu'acrylique, notamment poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) par étirage,
par exemple selon deux directions perpendiculaires dans le plan de la feuille
(bi-étirage), pour lui procurer une résistance à la relaxation de contrainte
par
microfendillement, c'est-à-dire une haute qualité optique durable sous
exposition au froid, à l'abrasion mécanique et aux composés chimiques, à
l'humidité de l'air, ainsi qu'une aptitude à être percé nécessaire en cas de
boulonnage du vitrage à la carosserie ou la carlingue d'un véhicule, un cadre
ou
une structure de montage, et une amélioration de la résistance mécanique
(choc à l'oiseau...).
Cependant le procédé d'étirage est délicat, long et coûteux (perte de
matière, prix de la matière...). Le matériau ainsi étiré présente
l'inconvénient de
se désétirer lorsqu'il est soumis à des températures supérieures à 100 C
environ, limitant et compliquant les procédés de thermoformage : on
thermoforme et on doit réétirer, on contraint par soufflage ou autre. Le
matériau
étiré présente donc un risque de perte de dimensionnement en cas
d'exposition accidentelle.
L'invention s'est donné pour tâche d'utiliser des polymères transparents
notamment acryliques comportant dans leur chaîne polymère des blocs
nanostructurés et/ou additivés de micro- ou nanocharges limitant la
propagation
de fissure, pour des applications de vitrages de transport complexes à
propriétés mécaniques renforcées sous la forme de vitrages feuilletés et/ou
multiples, plans ou bombés. Ces polymères modifiés ne nécessitent pas de
lourd procédé d'étirage et offrent une plus grande facilité de mise en forme
par
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thermoformage (stabilité dimensionnelle); ils ne sont pas précontraints,
présentent une sécurité accrue en cas d'exposition à la chaleur (hublots
d'avion
par exemple).
L'invention a donc pour objet un vitrage aéronautique comprenant au
moins une feuille d'acrylique modifié, caractérisé en ce que celle-ci y est
associée à au moins une autre feuille d'acrylique modifié, et/ou au moins une
feuille de poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) issu de coulée, et/ou au moins
une feuille d'un autre polymère transparent tel que polycarbonate (PC), et/ou
au
moins une feuille de verre notamment renforcé chimiquement, en un vitrage
1.0 feuilleté et/ou multiple.
Au sens de l'invention on entend par acrylique modifié un polymère
transparent acrylique modifié chimiquement pour améliorer ses propriétés
mécaniques, qui présente les caractéristiques suivantes :
- Densité < 1,2;
- Module en flexion > 2000, de préférence 2300 MPa ;
- Résistance au choc Charpy non entaillé> 35, de préférence 40 kJ/m2;
- Transmission Lumineuse (longueurs d'onde du visible) > 90 %;
- Flou < 1 ;
- Coefficient de Dilatation Thermique 70 ppm / K;
- Résistance chimique : résistance au microfendillement au contact d'un
cataplasme toluène / acétate d'isobutyle selon la norme militaire des
Etats Unis d'Amérique MIL ¨ P ¨ 25690 > 17 MPa.
Un PMMA issu de coulée est connu offrir la meilleure qualité optique de
transparence par rapport à un PMMA extrudé.
Un vitrage feuilleté comporte plusieurs feuilles rigides transparentes
minérales (verre) et/ou organiques (matériau polymère) reliées les unes aux
autres par des couches adhésives intercalaires détaillées ci-dessous.
Un vitrage multiple est à plusieurs feuilles rigides transparentes
monolithique et/ou feuilletées, minérales et/ou organiques, séparées les unes
des autres par une lame d'air ou de gaz sec.
Toutes ces feuilles sont planes ou bombées.
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De préférence, l'acrylique modifié est un polymère acrylique à propriétés
mécaniques améliorées comportant dans sa chaîne polymère des blocs
nanostructurés et/ou additivé de micro- ou nanocharges limitant la propagation
de fissure.
Dans une réalisation préférée mais non obligatoire de l'invention, le
poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) issu de coulée est modifié
physiquement pour résister à la relaxation de contrainte par
microfendillement.
La modification physique consiste notamment en un bi-étirage, elle est
intéressante en ce qu'elle permet de percer le PMMA ou bien quand celui-ci est
1.0 en face extérieure d'un vitrage soumis au froid, à l'abrasion
mécanique, sans
que des microfissures ne se forment dans la feuille de PMMA.
Selon d'autres caractéristiques préférées du vitrage aéronautique de
l'invention :
- une feuille d'acrylique modifié est collée à une autre feuille
d'acrylique
modifié ou à une feuille de poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) issu
de coulée, ou bien encore à une feuille de verre par l'intermédiaire de
polyvinylbutyral (PVB) exempt de plastifiant réagissant avec les
acryliques, ou de polyuréthane thermoplastique (TPU) ;
- une feuille d'acrylique modifié est collée à une feuille de polycarbonate
(PC) par l'intermédiaire de polyuréthane thermoplastique (TPU) ;
- avant d'être collée à une autre feuille, la surface d'une feuille
d'acrylique
modifié, ou de poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) issu de coulée,
est soumise à un traitement de primage ; le primage a pour effet
d'améliorer la qualité et la durabilité du collage ; lorsqu'il est collé à une
autre feuille, le verre notamment renforcé - trempé chimiquement peut
aussi être primé, contrairement à une feuille de polycarbonate qui ne
l'est jamais, car elle est particulièrement dégradée par de nombreux
composés chimiques ;
- au moins une feuille d'acrylique modifié est débordante par rapport aux
feuilles du vitrage constituées d'un autre matériau, notamment quand la
haute qualité mécanique de ce matériau est mise à profit pour percer les
parties débordantes en vue d'un montage du vitrage par boulonnage ou
équivalent, ou bien pour un montage du vitrage par pincement ;
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- il est bombé.
L'invention a également pour objet l'application d'un vitrage aéronautique
tel que décrit précédemment comme vitrage pour un véhicule aérien,
notamment un hélicoptère ou un avion, qu'il s'agisse d'un véhicule de
transport,
de combat, ou d'un avion de chasse.
L'invention sera mieux comprise à la lumière des Figures 1 à 12
annexées, représentant toutes de manière schématique différentes réalisations
de vitrages aéronautiques conformes à l'invention.
Tous les matériaux désignés ci-dessous par les mêmes termes sont
1.0 .. identiques.
En référence à la Figure 1, un double vitrage aéronautique conforme à
l'invention est composé
- d'une feuille d'acrylique modifié 1 d'épaisseur au moins égale à 1, de
préférence 1,5 mm, au plus égale à 25, de préférence 12 mm,
commercialisée par la Société Arkema sous la marque enregistrée
Altuglas0 Shield Up,
- d'une lame d'air 10, et
- d'une feuille de PMMA issu de coulée 2, physiquement modifié tel que
par étirage, ou non, d'épaisseur au moins égale à 0,5, de préférence 3
mm, au plus égale à 25, de préférence 8 mm, polymère acrylique de
grade aéronautique commercialisé par la Société Evonik0 sous la
référence GS 249.
La feuille d'acrylique modifié 1 constitue de préférence la face extérieure
du vitrage, c'est-à-dire exposée à l'atmosphère extérieure, mais il n'est pas
.. exclu qu'elle en constitue au contraire la face intérieure, et que dans ce
cas la
feuille de polymère acrylique de grade aéronautique constitue la face
extérieure
du vitrage.
Le vitrage aéronautique représenté Figure 2 diffère de celui de la Figure
1 en ce qu'il est composé de deux feuilles d'acrylique modifié 1 et 1 'et en
ce
que la feuille 1, constituant la face extérieure du vitrage, a ici une
épaisseur au
moins égale à 0,5, de préférence 3 mm, au plus égale à 25, de préférence 8
mm, la feuille 1' étant identique à la feuille 1 de la Figure 1.
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La Figure 3 représente un double vitrage aéronautique composé d'un
vitrage feuilleté à trois constituants 1, 3, 2, d'une lame d'air 10 et d'une
feuille
de PMMA issu de coulée 2'.
La feuille d'acrylique modifié 1 est identique à celle 1 de la Figure 1. Les
deux feuilles de PMMA issu de coulée 2, 2' ont une épaisseur au moins égale à
0,8, de préférence 1,5 mm, au plus égale à 80, de préférence 12 mm.
La feuille d'acrylique modifié 1 et la feuille de PMMA issu de coulée 2
sont collées au moyen d'un adhésif intercalaire 3 d'épaisseur au moins égale à
0,1, de préférence 0,38 mm, au plus égale à 20, de préférence 2,5 mm,
notamment égale à 1,25 mm.
Selon une première variante, l'adhésif intercalaire 3 est constitué de
polyuréthane thermoplastique (TPU) commercialisé par la Société Huntsman
sous la marque enregistrée Crystalflex0 PE 399 ou 499 et les feuilles
d'acrylique modifié 1 et de PMMA issu de coulée 2 sont soumises,
préalablement à l'assemblage en feuilleté, à un primage par une composition à
base de méthacrylate de méthyle et d'organosilanes 1-Propanamine,3-
(triethoxysily1) et de 2-
Ethanediamine,N43-(trimethoxysilyl)propy1]-1
commercialisés sous les appellations respectives de DOW CORN ING0 Z-6011
SILANE et DOW CORNING Z-60200 SILANE.
Selon une seconde variante, l'adhésif intercalaire 3 est constitué de
polyvinylbutyral à plastifiant ne réagissant pas avec les acryliques,
commercialisé par la Société Eastman Solutia sous l'appellation PVB DB 31 ou
PVB DS 31 et les feuilles d'acrylique modifié 1 et de PMMA issu de coulée 2
sont soumises, préalablement à l'assemblage en feuilleté, à un primage par une
composition à base de méthacrylate de méthyle.
La feuille d'acrylate modifié 1 constitue la face du vitrage extérieur au
véhicule aérien.
Est représenté sur la Figure 4 un vitrage aéronautique feuilleté
symétrique dans lequel deux feuilles de verre trempé chimiquement 4, 4'
d'épaisseurs au moins égales à 0,1, de préférence 0,55 mm, au plus égales à
20, de préférence 8 mm, sont collées de part et d'autre d'une feuille
d'acrylique
modifié 1 identique à celle de la Figure 1 par l'intermédiaire d'une couche
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adhésive intercalaire 3, 3' identique à celle de la Figure 3 en polyuréthane
thermoplastique.
Le vitrage aéronautique de la Figure 5 ne diffère de celui de la Figure 4
qu'en ce que la feuille d'acrylique modifié 1 est débordante. La partie
débordante de cette feuille peut être percée en vue d'un montage du vitrage
par
boulonnage, ou bien le vitrage monté avec pincement notamment de cette
partie débordante.
Le vitrage aéronautique de la Figure 6 est asymétrique et diffère de celui
de la Figure 5 par la suppression d'une feuille de verre et de sa couche
adhésive intercalaire associée d'un seul côté de la feuille d'acrylique
modifié 1.
Cette dernière est apte à constituer aussi bien la face extérieure
qu'intérieure
du vitrage.
Le vitrage aéronautique de la Figure 7 ne diffère de celui de la Figure 6,
respectivement celui de la Figure 8 de celui de la Figure 5 que par l'ajout
d'une
couche mince fonctionnelle 20 sur la face interne au feuilleté de la feuille
de
verre 4, respectivement 4'. La couche fonctionnelle 20 est par exemple une
couche chauffante telle qu'en oxyde d'indium dopé à l'étain (en anglais ITO
pour Indium Tin Oxide), à fonction de dégivrage et/ou désembuage, ou une
couche de contrôle thermique telle qu'antisolaire (réfléchissant le
rayonnement
solaire).
La Figure 9 ne diffère de la Figure 8 qu'en ce que les deux feuilles de
verre 4, 4' et non une seule portent sur leur face interne une couche
fonctionnelle 20, 21.
La Figure 10 représente un vitrage aéronautique feuilleté de plusieurs
feuilles d'acrylique modifié 1, 1', 1" collées les unes aux autres par des
couches
adhésives intercalaires 3, 3' de la manière décrite précédemment, après avoir
été soumises à un traitement de primage. Dans tous les vitrages représentés
ici, chaque feuille d'acrylique modifié 1, 1', 1" peut être remplacée par un
feuilleté similaire à celui de la Figure 10, tout comme chaque feuille de
verre 4,
4' peut être remplacée par un feuilleté de plusieurs feuilles de verre collées
les
unes aux autres par des couches adhésives intercalaires de PVB ou équivalent.
Sur la Figure 11, un vitrage aéronautique feuilleté est constitué de deux
feuilles d'acrylique modifié 1, 1' collées de part et d'autre d'une feuille de
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polycarbonate 5 d'épaisseur au moins égale à 1, de préférence 2,5 mm, au plus
égale à 12 mm, au moyen de couches adhésives intercalaires 3, 3' de
polyuréthane thermoplastique (TPU) (ne comportant pas de plastifiant qui
serait
susceptible d'attaquer le polycarbonate), après que les deux feuilles
d'acrylique
modifié 1, 1' ont été primées selon la première variante décrite ci-dessus.
L'invention s'étend aussi à un feuilleté comprenant la structure obtenue à
partir de celle de la Figure 11, en en supprimant la feuille d'acrylique
modifié 1'
et la couche de TPU 3', et en revêtant la surface ainsi devenue libre de la
feuille
de polycarbonate 5 d'un revêtement ou vernis dur anti-rayure, notamment de
type polysiloxane. On peut citer comme exemple de feuille de polycarbonate
revêtue sur une face d'un revêtement anti-rayure une feuille commercialisée
par
la Société Sabic lnnovative Plastics sous les marques enregistrées Lexan
Margard HLGA3. La face de polycarbonate revêtue d'un revêtement dur anti-
rayure constitue une face extérieure d'un vitrage feuilleté, destinée de
préférence à être exposée à l'atmosphère intérieure d'un habitacle de véhicule
aérien.
Le vitrage aéronautique représenté sur la Figure 12 diffère de celui de la
Figure 11 en ce que les feuilles d'acrylique modifié 1, 1' débordent de celle
de
polycarbonate 5. Ce dernier est fragile, ne peut pas être percé. L'espace vide
à
la périphérie de la feuille de polycarbonate 5 est bouché par des cales de
compensation 30, 31 constitué par exemple de thermodurcissable, composite
polyester ¨ méthacrylate de méthyle, époxy ¨ fibres de verre, ... aptes à
protéger le chant de la feuille de polycarbonate, tant mécaniquement que
chimiquement.
Pour fixer le vitrage dans son environnement de montage, on perce les
parties débordantes des deux feuilles d'acrylique modifié 1, 1' ainsi que les
cales de compensation 30, 31 et l'on met en oeuvre des moyens de fixation
adaptés tels que boulons, écrous... par vissage. Dans les trous percés dans
les
cales de compensation 30, 31 sont insérées des douilles de reprise d'effort
non
représentées pour éviter d'écraser les feuilles d'acrylique modifié 1, 1'.
Les vitrages aéronautiques selon l'invention sont parfaitement adaptés
pour une application aéronautique, voire pour tous véhicules de transport
(terrestres, aquatiques ou aériens) voire pour bâtiment présentant une
exigence
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de sécurité, anti-effraction ou anti-pénétration. Ils constituent en
particulier
d'excellents vitrages d'avions ou hélicoptères de toutes tailles, pincés,
boulonnés et/ou désembuants et/ou dégivrants.
