Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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PCT/FR2017/052038
INTERCALAIRE PLASTIQUE VISCOELASTIQUE POUR UN AMORTISSEMENT
VIBRO-ACOUSTIQUE ET VITRAGE COMPRENANT UN TEL INTERCALAIRE
L'invention concerne un intercalaire plastique viscoélastique destiné à être
incorporé entre deux feuilles de verre pour former un vitrage feuilleté ayant
des
propriétés d'amortissement vibro-acoustiques, destiné à des engins de
locomotion, en particulier un véhicule automobile ou encore l'isolation de
bâtiments.
Parmi toutes les qualités concourant au confort dans les moyens de
.. transport modernes comme les trains et les automobiles, le silence est
devenu
déterminant.
Le confort acoustique a été amélioré depuis plusieurs années maintenant,
en traitant les bruits, tels que les bruits du moteur, de roulement ou de
suspension, et cela à leur origine ou au cours de leur propagation aérienne ou
dans les solides.
Les formes des véhicules ont été également modifiées pour améliorer la
pénétration dans l'air et diminuer les turbulences qui sont elles-mêmes
sources de
bruit.
Et depuis quelques années, on s'est penché sur le rôle que pouvaient jouer
.. les vitrages dans l'amélioration du confort acoustique, en particulier des
vitrages
feuilletés comportant des films intercalaires plastiques. Les vitrages
feuilletés
présentent en outre d'autres avantages tels que supprimer le risque de
projection
de fragments en cas de casse brutale, ou encore constituer un retardateur
d'effraction.
Il a été mis en évidence que l'utilisation de films plastiques standards dans
des vitrages feuilletés ne convenait pas dans l'amélioration du confort
acoustique.
Il a alors été développé des films plastiques spécifiques qui présentaient des
propriétés d'amortissement permettant une amélioration du confort acoustique.
Toutefois, il y a une demande constante d'amélioration du confort
acoustique.
Il y a donc un besoin pour un intercalaire plastique viscoélastique destiné à
être incorporé entre deux feuilles de verre pour former un vitrage feuilleté
ayant
des propriétés d'amortissement vibro-acoustiques, qui permette une
amélioration
des propriétés d'isolation acoustique, en particulier dans une gamme de
fréquence
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comprise entre 1000 Hz et 5000 Hz, domaine dans lequel l'oreille humaine est
la
plus sensible.
Pour cela, l'invention propose un intercalaire plastique viscoélastique
destiné à être incorporé entre deux feuilles de verre d'un vitrage pour lui
procurer
des propriétés d'amortissement vibro-acoustiques, l'intercalaire comprenant :
- deux couches externes en PVB standard,
- une première et une deuxième couches internes en matériau plastique
viscoélastique à base d'acétal de polyvinyle et de plastifiant, avec des
propriétés acoustiques améliorées,
- une couche centrale en PVB standard,
la première et la deuxième couches internes étant disposées respectivement
entre la couche centrale et les première et deuxième couches externes.
Dans le présent texte, les termes PVB standard désignent un film de
polyvinylbutyral (PVB) dans lequel :
- le taux molaire de PVB est supérieur à 42%, préférentiellement supérieur à
44%, préférentiellement supérieur à 46%, préférentiellement supérieur à
48%, préférentiellement supérieur à 50%, préférentiellement supérieur à
52%, préférentiellement supérieur à 53%, préférentiellement supérieur à
53,5%, préférentiellement supérieur à 54%, préférentiellement supérieur à
54,5%, préférentiellement supérieur à 55%, préférentiellement supérieur à
55,5%, et est inférieur à 60%, préférentiellement inférieur à 59,5%,
préférentiellement inférieur à 59%, préférentiellement inférieur à 58,5%,
préférentiellement inférieur à 58%, préférentiellement inférieur à 58,5%,
préférentiellement inférieur à 58%, préférentiellement inférieur à 57,5%,
préférentiellement inférieur à 57%, préférentiellement inférieur à 56,5%,
- le taux massique de plastifiants exprimé en parts pour 100 parts de
résine
de PVB (phr) est supérieur à 5 phr, préférentiellement supérieur à 10 phr,
préférentiellement supérieur à 20 phr, préférentiellement supérieur à 22,5
phr, préférentiellement supérieur à 25 phr, et est inférieur à 120 phr,
préférentiellement inférieur à 110 phr, préférentiellement inférieur à 90 phr,
préférentiellement inférieur à 75 phr, préférentiellement inférieur à 60 phr,
préférentiellement inférieur à 50 phr, préférentiellement inférieur à 40 phr,
préférentiellement inférieur à 35 phr, préférentiellement inférieur à 30 phr,
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- la température de transition vitreuse pour une fréquence de 100 Hz, est
supérieure à 30 C, préférentiellement supérieure à 40 C, et est inférieure à
60 C, préférentiellement inférieure à 56 C.
Selon un aspect particulier de l'invention, les couches externes et la couche
centrale ont un module de cisaillement G' supérieur ou égal à 1.108 Pa et un
facteur de perte tan 8 inférieur à 0,4, à 20 C et pour une gamme de fréquences
comprise entre 1 kHz et 10 kHz.
Selon au moins un mode de réalisation, l'intercalaire est tel que la
fréquence de résonance f1 du premier mode de résonance d'un barreau de
vitrage feuilleté de surface 25 mm x 300 mm composé de deux feuilles de verre
d'épaisseur 2,1 mm chacune entre lesquelles est incorporé l'intercalaire,
déterminée par un mesurage de l'impédance mécanique (MIM) à 20 C selon la
norme ISO 16940, est comprise entre 100 Hz et 200 Hz et que l'amortissement
modal 111 dudit premier mode de résonance dudit barreau, déterminé par MIM
dans les mêmes conditions, est supérieur ou égal à 0,35.
Selon un aspect de l'invention, l'intercalaire est tel que la fréquence de
résonance f1 du premier mode de résonance d'un barreau de vitrage feuilleté de
surface 25 mm x 300 mm composé de deux feuilles de verre d'épaisseur 2,1 mm
entre lesquelles est incorporé l'intercalaire, déterminée par un mesurage de
l'impédance mécanique (MIM) à 20 C selon la norme ISO 16940, est comprise
entre 120 et 180 Hz et que l'amortissement modal 111 dudit premier mode de
résonance dudit barreau, déterminé par MIM dans les mêmes conditions, est
supérieur ou égal à 0,38, voire à 0,40.
Selon au moins un mode de réalisation, la première et la deuxième couches
internes ont une composition différente.
Selon un aspect de l'invention, la couche centrale et les couches externes
ont chacune une épaisseur comprise entre 0,10 mm et 0,40 mm et les couches
internes ont chacune une épaisseur comprise entre 0,10 mm et 0,20 mm,
l'épaisseur totale de l'intercalaire étant comprise entre 0,70 mm et 2,00 mm.
Selon au moins un mode de réalisation, la couche centrale est constituée
de deux couches en PVB standard, l'intercalaire étant constitué de deux
intercalaires tricouches superposés, chaque intercalaire tricouche comprenant
deux couches en PVB standard entre lesquelles est disposée une couche en
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matériau plastique viscoélastique à base d'acétal de polyvinyle, avec des
propriétés acoustiques améliorées.
Selon au moins un mode de réalisation, l'intercalaire étant teinté dans la
masse sur une partie de sa surface et/ou ayant une section transversale
diminuant
en forme en coin du haut vers le bas d'un vitrage feuilleté dans lequel il est
destiné
à être incorporé et/ou comprenant des particules avec une fonction de filtre
au
rayonnement infrarouge.
L'invention concerne également un vitrage feuilleté comprenant :
- une feuille de verre d'épaisseur comprise entre 0,5 mm et 3,0 mm,
- une feuille de verre d'épaisseur comprise entre 0,5 mm et 3,0 mm,
- un intercalaire tel que décrit ci-dessus, l'intercalaire étant entre les
feuilles
de verre.
L'invention concerne de plus un vitrage feuilleté comprenant :
- une feuille de verre d'épaisseur comprise entre 0,5 mm et 15,0 mm,
- une feuille de verre d'épaisseur comprise entre 0,5 mm et 15,0 mm,
- un intercalaire tel que décrit ci-dessus, l'intercalaire étant entre les
feuilles
de verre.
L'invention se rapporte de plus à l'utilisation du vitrage décrit ci-dessus
comme vitrage de véhicule automobile.
De manière alternative, l'invention concerne l'utilisation du vitrage décrit
ci-
dessus comme vitrage de bâtiment, soit en vitrage simple, soit intégré dans un
vitrage multiple.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention vont à présent être
décrits en regard des dessins sur lesquels :
- La figure 1 représente une évaluation des propriétés de l'isolation au bruit
aérien (STL - Sound Transmission Loss en anglais) en fonction de la
fréquence pour 3 vitrages feuilletés différents ;
- La figure 2 est une vue en coupe d'un vitrage selon un premier mode de
réalisation de l'invention ;
- La figure 3 est une vue en coupe d'un vitrage selon un deuxième mode de
réalisation de l'invention.
Les numéros de référence qui sont identiques sur les différentes figures
représentent des éléments similaires ou identiques.
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Notons que l'expression compris(e) entre ... et ... inclut les bornes dans
l'intervalle.
L'invention se rapporte à un intercalaire plastique viscoélastique destiné à
être incorporé entre deux feuilles de verre d'un vitrage pour lui procurer des
propriétés d'amortissement vibro-acoustiques, l'intercalaire comprenant :
- deux couches externes en PVB standard,
- une première et une deuxième couches internes en matériau plastique
viscoélastique à base d'acétal de polyvinyle et de plastifiant, avec des
propriétés acoustiques améliorées,
- une couche centrale en PVB standard.
La première et la deuxième couches internes sont disposées
respectivement entre la couche centrale et les première et deuxième couches
externes.
Ainsi, l'intercalaire comporte cinq couches au total, dont trois couches en
PVB standard entre lesquelles sont intercalées des couches ayant des
propriétés
d'amortissement acoustique remarquables. Cette structure d'intercalaire, en
particulier cette alternance de couches plus rigides et moins amorties et de
couches moins rigides et plus amorties, confère au vitrage une amélioration de
ses propriétés d'isolation acoustique, en particulier dans une gamme de
fréquence
comprise entre 1000 Hz et 5000 Hz.
L'intercalaire selon l'invention est destiné à être incorporé entre deux
feuilles de verre pour former un vitrage feuilleté.
La figure 2 représente une vue en coupe d'un vitrage selon un premier
mode de réalisation de l'invention.
Le vitrage comprend deux feuilles de verre 1, 2 entre lesquelles est inséré
l'intercalaire selon l'invention. La solidarisation de l'intercalaire aux
feuilles de
verre est réalisée par des moyens connus, par exemple par empilement des
feuilles de verre et de l'intercalaire et par passage de l'ensemble en
autoclave.
L'épaisseur de chaque feuilles de verre 1, 2 est par exemple comprise entre
0,5 mm et 3,0 mm pour une application de vitrage automobile, par exemple de
pare-brise, et entre 0,5 mm et 15,0 mm pour une application de vitrage
bâtiment.
Dans le cas d'une application pare-brise, le vitrage satisfait bien entendu à
toutes les conditions du règlement No. 43 des Nations Unies (dit règlement
R43)
de résistance aux chocs durs pour assurer sa résistance mécanique.
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Dans le cas d'une application bâtiment, le vitrage feuilleté selon l'invention
peut être utilisé en tant que tel ou intégré dans un vitrage multiple.
Pour une application de vitrage automobile, la feuille de verre 1 du vitrage
est destinée à être tournée vers l'extérieur du véhicule tandis que la feuille
de
verre 2 est destinée à être tournée vers l'intérieur du véhicule. La feuille
de verre 1
est par exemple plus épaisse que la feuille de verre 2 de façon à ce que le
vitrage
permette une meilleure protection contre les attaques extérieures
(intempéries,
projection de gravillons, etc...). Dans les vitrages automobiles existants,
l'épaisseur de la feuille de verre 1 est en général de 2,1 mm et l'épaisseur
de la
feuille de verre 2 est en général de 1,6 mm. Le vitrage selon l'invention peut
également comprendre une feuille de verre 1 d'épaisseur 1,6 mm et une feuille
de
verre 2 d'épaisseur 1,2 mm, ou une feuille de verre 1 d'épaisseur 1,4 mm et
une
feuille de verre 2 d'épaisseur 1,1 mm.
L'intercalaire est constitué d'au moins deux couches internes 6, 7 en
plastique viscoélastique aux propriétés d'amortissement vibro-acoustique
améliorées. Elles sont à base d'acétal de polyvinyle et de plastifiant. Le
taux et la
nature du plastifiant et le degré d'acétalisation du polyvinylbutyral
permettent de
jouer de façon connue sur la rigidité d'un composant à base de
polyvinylbutyral et
de plastifiant.
Dans l'exemple de la figure 2, l'intercalaire comprend également trois
couches 3, 4, 5 en polyvinylbutyral (PVB), dit PVB standard par opposition au
matériau des couches internes 6, 7 qui est à base d'acétal de polyvinyle et de
plastifiant et qui est moins rigide et plus amortissant que le PVB dit
standard.
Les trois couches 3, 4, 5 en PVB standard sont appelées couches externes
pour les couches 4 et 5 et couche centrale pour la couche 3. Les couches
externes 4, 5 et la couche centrale 3 ont un module de cisaillement G'
supérieur
ou égal à 1.108 Pa et un facteur de perte tan 8 inférieur à 0,4, à 20 C et
pour une
gamme de fréquences comprise entre 1 kHz et 10 kHz. Les couches externes 4, 5
et la couche centrale 3 permettent une bonne tenue mécanique de
l'intercalaire.
Les couches internes 6, 7 sont moins rigide que les couches externes 4, 5
et la couche centrale 3 afin de procurer à l'intercalaire des propriétés
acoustiques
améliorées.
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Les couches externes 4, 5 sont en contact avec les feuilles de verre
respectivement 1, 2. Les deux couches 6, 7 sont chacune intercalées entre une
des couches externes 4, 5 et la couche centrale 3.
En fonction des applications, la première et la deuxième couches
internes 6, 7 peuvent avoir la même composition chimique ou une composition
chimique différente.
De plus, afin d'optimiser l'isolation acoustique aux bruits aériens, la couche
centrale 3 et les couches externes 4, 5 ont chacune une épaisseur comprise
entre
0,10 mm et 0,40 mm et les couches internes 6, 7 ont chacune une épaisseur
comprise entre 0,10 mm et 0,20 mm, l'épaisseur totale de l'intercalaire étant
comprise entre 0,70 mm et 2,00 mm.
La figure 3 représente une vue en coupe d'un vitrage selon un deuxième
mode de réalisation de l'invention.
Ce vitrage diffère de celui de la figure 2 uniquement par le fait que la
couche centrale 3 est constituée de deux couches 3a, 3b en PVB standard, qui
sont superposées. Ce qui a été dit plus haut concernant le mode de réalisation
de
la figure 2 est valable pour le mode de réalisation de la figure 3.
Pour réaliser ce vitrage selon la figure 3, deux intercalaires tricouches
acoustiques A et B sont superposés. Chaque intercalaire tricouche A, B
comprend
deux couches en PVB standard, respectivement 4, 3a et 3b, 5 entre lesquelles
est
disposée une couche 6 ou 7 en matériau plastique viscoélastique à base
d'acétal
de polyvinyle et de plastifiant, avec des propriétés acoustiques améliorées.
Ainsi, l'intercalaire selon l'invention peut être réalisé, soit à partir de
cinq
couches indépendantes, soit à partir de deux intercalaires tricouches
existants.
Comme nous le verrons plus loin, en lien avec la figure 1, le fait que
l'intercalaire comprenne deux couches avec des propriétés acoustiques
améliorées, intercalées entre trois couches en PVB standard, permet
d'améliorer
les performances acoustiques du vitrage, en particulier entre 1000 Hz et 5000
Hz.
Les caractéristiques acoustiques de l'intercalaire sont déterminées par
mesurage de l'impédance mécanique (MIM) à 20 C selon la norme ISO 16940
d'un barreau de vitrage feuilleté de surface 25 mm x 300 mm composé de deux
feuilles de verre d'épaisseur 2,1 mm (et non de 4 mm comme préconisé dans la
norme ISO 16940) entre lesquelles est incorporé un intercalaire selon
l'invention,
c'est-à-dire un intercalaire comprenant au moins deux couches internes en
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plastique viscoélastique aux propriétés d'amortissement vibro-acoustique
améliorées, situées entre trois couches externes et centrale en PVB standard.
La MIM permet de déterminer des fréquences de résonance et des facteurs
de perte des différents modes d'impédance mécanique du barreau de vitrage
feuilleté.
L'intercalaire est selon l'invention si la fréquence de résonance f1 du
premier mode de résonance d'un barreau de vitrage feuilleté de surface 25 mm x
300 mm composé de deux feuilles de verre d'épaisseur 2,1 mm chacune entre
lesquelles est incorporé l'intercalaire, déterminée par un mesurage de
l'impédance
mécanique (MIM) à 20 C selon la norme ISO 16940, est comprise entre 100 Hz et
200 Hz et que l'amortissement modal ii dudit premier mode de résonance dudit
barreau, déterminé par MIM dans les mêmes conditions, est supérieur ou égal à
0,35.
De préférence, la fréquence de résonance f1 est comprise entre 120 Hz et
180 Hz et le facteur de perte il est supérieur ou égal à 0,38, voire à 0,40,
ce qui
permet d'avoir des performances acoustiques encore améliorées, en particulier
entre 1000 Hz et 5000 Hz.
La figure 1 représente une courbe de la mesure des propriétés de l'isolation
au bruit aérien (STL en anglais) en fonction de la fréquence, évaluée sur
trois
vitrages feuilletés suivant la norme NF EN ISO 10140 (à l'exception de la
taille du
vitrage qui est rapportée à une dimension de 500 mm par 800 mm).
Ainsi, un premier vitrage feuilleté (Echantillon 1 - référence 1) comprend :
- deux feuilles de verre ayant chacune une épaisseur de 2,1 mm, et
- un intercalaire N 1 comprenant deux couches externes en PVB
standard et une couche interne en plastique viscoélastique aux
propriétés d'amortissement vibro-acoustique améliorées.
La fréquence de résonance f1 est de 138 Hz ( 5 Hz) et le facteur de perte
Th est égal à 0.27 ( 0,05).
Le premier vitrage feuilleté correspond à une composition verrière de pare-
brise classique avec un intercalaire aux propriétés d'amortissement acoustique
connu. L'intercalaire N 1 pourrait par exemple être remplacé par
l'intercalaire
Trosifol VG+SC commercialisé par Kuraray ou par l'intercalaire Saflex Vanceva
Quiet QC41 commercialisé par Solutia ou encore par l'intercalaire S-Lec
Acoustic
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Film HI-RZN12 commercialisé par Sekisui. Il s'agit du vitrage feuilleté de
référence
1.
La courbe d'isolation acoustique aux bruits aériens du premier vitrage
feuilleté est représentée par des ronds.
Un deuxième vitrage feuilleté (Echantillon 2 - référence 2) comprend :
- deux feuilles de verre ayant chacune une épaisseur de 2,1 mm, et
- un intercalaire N 2 comprenant deux couches externes en PVB
standard et une couche interne en plastique viscoélastique aux
propriétés d'amortissement vibro-acoustique améliorées.
La fréquence de résonance f1 est de 175 Hz ( 5 Hz) et le facteur de perte
11 est égal à 0,27 ( 0,05).
Le deuxième vitrage feuilleté correspond à une composition verrière de
pare-brise classique avec un intercalaire aux propriétés d'amortissement
acoustique connu. L'intercalaire N 2 est l'intercalaire décrit dans le
document WO
2016/175101. Il s'agit du vitrage feuilleté de référence 2.
La courbe d'isolation acoustique aux bruits aériens du deuxième vitrage
feuilleté est représentée par des losanges.
Un troisième vitrage feuilleté (Echantillon 1+2) comprend :
- deux feuilles de verre ayant chacune une épaisseur de 2,1 mm, et
- un intercalaire constitué d'un intercalaire tricouche N 1 et d'un
intercalaire tricouche N 2 superposés.
La fréquence de résonance f1 est de 146 Hz ( 5 Hz) et le facteur de perte
11 est égal à 0,42 ( 0,05).
Le troisième vitrage feuilleté correspond à un vitrage feuilleté selon
l'invention.
La courbe d'isolation acoustique aux bruits aériens (représentée par des
triangles) du troisième vitrage feuilleté montre une amélioration de
l'isolation
acoustique au bruit aérien entre 500 Hz et 5000 Hz par rapport aux premier et
deuxième vitrages feuilletés de référence, et même une amélioration de
l'isolation
acoustique sur l'ensemble de la plage de fréquences (500 Hz - 8000 Hz) par
rapport au premier vitrage feuilleté. On peut ainsi observer un effet
remarquable
résultant de l'assemblage de plusieurs couches de matériaux viscoélastiques de
propriétés et de natures différentes (en terme d'amortissement et de rigidité
mécanique) dont l'ensemble décrit un PVB acoustique de nouvelle génération à
la
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fois plus amorti tout en étant plus rigide qu'un PVB acoustique classique. On
peut
ainsi observer un effet de synergie entre les deux intercalaires tricouches N
1 et
N 2 entre 500 Hz et 5000 Hz, ce qui n'est plus vrai aux plus hautes
fréquences.
L'invention concerne également un vitrage feuilleté comprenant :
- deux feuilles de verre ayant chacune une épaisseur de 2,1 mm, et
- un intercalaire constitué de deux intercalaires tricouches N 1
superposés.
La fréquence de résonance f1 évaluée est de 128 Hz ( 5 Hz) et le facteur
de perte ii évalué est égal à 0,41 ( 0,05).
L'invention concerne également un vitrage feuilleté comprenant :
- deux feuilles de verre ayant chacune une épaisseur de 2,1 mm, et
- un intercalaire constitué de deux intercalaires tricouches N 2
superposés.
La fréquence de résonance f1 évaluée est de 168 Hz ( 5 Hz) et le facteur
de perte il évalué est égal à 0,42 ( 0,05).
Les intercalaires tricouches N 1 et N 2 ont des compositions chimiques
différentes mais sont à base d'acétal de polyvinyle et de plastifiant, avec
des
propriétés acoustiques améliorées et sont bien tels que, lorsqu'ils sont
superposés
deux à deux (N 1+N 1 ou N 1+N 2 ou N 2+N 2), la fréquence de résonance f1 du
premier mode de résonance d'un barreau de vitrage feuilleté de surface 25 mm x
300 mm composé de deux feuilles de verre d'épaisseur 2,1 mm chacune entre
lesquelles est incorporé l'intercalaire, déterminée par un mesurage de
l'impédance
mécanique (MIM) à 20 C selon la norme ISO 16940, est comprise entre 100 Hz et
200 Hz et que l'amortissement modal il dudit premier mode de résonance dudit
barreau, déterminé par MIM dans les mêmes conditions, est supérieur ou égal à
0,35, voire supérieur ou égale à 0,38, voire même supérieur ou égal à 0,40.
L'ensemble des exemples sont des vitrages feuilletés avec deux feuilles de
verre d'épaisseur 2,1 mm chacune. Toutefois, comme indiqué en début de
description, tous les vitrages feuilletés avec des feuilles de verre
d'épaisseur
comprise entre 0,5 mm et 15,0 mm et un intercalaire à cinq couches, dont trois
couches de PVB standard entre lesquelles sont situées deux couches internes
plus molles que le PVB standard, la couche centrale pouvant être dédoublée,
font
partie de l'invention.
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Les mesures de MIM ont été réalisées une fois par semaine pendant
plusieurs semaines. Les valeurs données ici sont les valeurs obtenues après
stabilisation, soit typiquement au moins 10 semaines après assemblage du
barreau de vitrage feuilleté.
L'intercalaire selon l'invention peut en outre :
- être teinté dans la masse sur une partie de sa surface, pour permettre
un respect de l'intimité des personnes à l'intérieur d'un véhicule ou
encore pour protéger le conducteur d'un véhicule contre l'éblouissement
à la lumière du soleil ou simplement pour un effet esthétique, et/ou
- avoir une section transversale diminuant en forme en coin du haut vers
le bas du vitrage feuilleté pour permettre au vitrage feuilleté d'être utilisé
comme écran de système de visualisation tête haute (appelé HUD ou
Head Up Display), et/ou
- comprendre des particules avec une fonction de filtre au rayonnement
infrarouge pour limiter la hausse de température à l'intérieur d'un
véhicule due au rayonnement infrarouge du soleil, pour améliorer le
confort des passagers.
