Pare-brise pour véhicules et procédé pour sa fabrication L'invention se rapporte à un pare-brise pour véhicu les. On utilise actuellement pour les pare-brise deux types de vitrages de sécurité à savoir, d'une part, les verres de sécurité comprenant une seule feuille de verre et, d'autre part, les vitrages comprenant plusieurs feuilles de verres, qui sont souvent appelés verres feuilletés de sécurité . Les vitrages de sécurité formés d'une seule feuille de verre sont constitués par du verre trempé qui présente, dans ses couches superficielles, une contrainte de com pression qui est maintenue en équilibre par une con trainte d'extension régnant dans le coeur de la feuille de verre.
Le verre feuilleté usuel est constitué de deux feuil le de verre distinctes, non trempées, qui sont réunies l'une à l'autre au moyen d'une couche intermédiaire ther moplastique de butyral polyvinylique.
Un vitrage de sécurité fait d'une seule feuille de ver re se fragmente au moment de sa rupture, sur toute sa surface, en morceaux très petits. Si, à la suite d'une brusque décélération du véhicule, un passager est projeté contre un pare-brise fait d'une seule feuille de verre de sécurité, cette feuille se brise pour une vitesse d'impact de la tête du passager d'environ 15 km/h, par suite des efforts de flexion locaux. Le processus de fragmen tation se développe extrêmement vite. Déjà après une milliseconde à partir de l'entrée en contact de la tête avec le pare-brise, celui-ci est totalement brisé et la tête du passager est libérée de sorte qu'aucune force de décélération n'agit plus sur celle-ci.
Par suite de cette action extrêmement courte des forces de décélération, seule une faible portion de l'énergie cinétique du corps est absorbée par le pare-brise.
Les vitrages de sécurité en verre feuilleté eux-mêmes sont traversés à partir de certaines vitesses minimales d'impact. Pour une épaisseur de la couche intercalaire de butyral polyvinylique de 0,38 m/m, telle qu'on l'utilise actuellement de façon courante et pour une température ambiante de 200 C environ. la tête du passager peut tra verser le pare-brise à condition que la vitesse d'impact de la tête soit supérieure à environ 25 à 30 km/heure.
Malheureusement, la perforation du pare-brise en verre feuilleté a pour conséquence la formation extrêmement dangereuse de ce qu'on appelle la collerette , c'est- à-dire que sur le pourtour de la région transpercée il apparaît des éclats de verre très coupants qui sont fer mement maintenus par la feuille de butyral et qui, de ce fait, peuvent facilement conduire à des coupures mor telles.
Pour diminuer le danger de la perforation, on a pro posé de doubler l'épaisseur de la couche de butyral. De telles couches intercalaires de butyral sont par exemple connues dans le commerce sous le nom de feuilles High-Impact ou feuilles High penetration Resistan- ce . Elles ne sont perforées qu'à partir de vitesses rela tives d'impact environ doubles, c'est-à-dire de 45 km à l'heure environ.
Lorsque le pare-brise n'est pas perforé, c'est une fraction plusieurs fois supérieure de l'énergie cinétique du corps, qui est absorbée par un tel pare-brise en verre feuilleté en comparaison de celui dont la couche de butyral n'a qu'une épaisseur de 0,38 m/m et ceci sous forme de travail de déformation, aussi bien dans la couche intercalaire plastique que dans l'organisme hu main.
Contrairement aux pare-brise faits d'une seule feuille de verre de sécurité, pour lesquels la durée de l'action des forces d'impact est de l'ordre de une milliseconde, la durée d'action des mêmes forces dans le cas des ver res feuilletés est incomparablement plus ]on gue, par suite de la déformation plastique de la feuille intercalaire de butyral. Elle peut atteindre, dans le cas de l'impact d'un corps humain, jusqu'à 160 m/sec. En ce qui concerne les lésions internes survenant en cas de choc d'un passager contre le pare-brise, on sait maintenant qu'en dehors de la valeur des forces de dé célération, la durée d'action de ces forces revêt une im portance décisive.
Plus la durée d'action des forces de décélération sera longue et plus ces forces devront être faibles pour être supportées sans dommage par l'organis me.
Les divers organes du corps humain ont des capaci tés de résistance (limites de tolérance) différentes vis- à-vis des efforts de déformation et de leur durée d'action. Les travaux les plus connus des spécialistes à propos des blessures et lésions de la tête en cas de choc du front contre une plaque dure, sont dus à L.M. Patrick - Department of Engineering Mechanics - Wayne State University. Ces travaux ont, entre autres, été publiés dans l'article intitulé Human Tolérance to impact - Basis for Safety Design .
Dans cet article, L.M. Patrick a établi sur la base du résultat de ses expériences relatives à des ébranle ments cérébraux de gravité moyenne, une courbe de tolérance donnant les décélérations effectives, admissi bles en fonction de leur durée d'action. Cette courbe montre déjà clairement la grande importance de la durée d'action des forces de décélération vis-à-vis des lésions cérébrales.
Il est certes connu que, dans les accidents d'autos, on observe aussi au niveau des vertèbres cervicales des lé sions mortelles qui sont produites par le choc de la tête contre le pare-brise. Les statistiques publiées sur les acci dents d'auto montrent qu'en ce qui concerne les suites mortelles, les lésions des vertèbres cervicales sont beau coup plus dangereuses que les lésions du crâne.
On a maintenant trouvé, à la suite d'essais appro fondis, que les vitrages de sécurité impliquant des chocs de longue durée, c'est-à-dire en particulier les verres de sécurité feuilletés connus, peuvent conduire, dans des conditions précises non exclues en pratique, à des lé sions mortelles des vertèbres cervicales même pour des vitesses d'impact relativement faibles. On a établi, d'autre part, que la limite de tolérance pour les lésions macros copiques des vertèbres cervicales se situe notablement au-dessous de la limite de tolérance déjà mentionnée plus haut concernant les ébranlements cérébraux (voir D. Ziffer, F. Brückner et R. Henn.
Das Verhalten der Halswirbel-Saüle in Verbindung mit der Schödel basis und der oberen Brustwirbelsâule bei Stürzen auf Sicherheitglas für Automobilfrontscheiben (Einschei- benssicherheitsglas - Verbundsicherheitsglas ) Zentral- blatt für Verkehrmedizin - Verkehrpsychologie und an- grenzende Gebiete, Dezember 1967).
Ainsi que cela a été mis en évidence par ces recher ches, les lésions des vertèbres cervicales peuvent être pro voquées par le fait que ces vertèbres sont déjà sou mises dans une mesure dangereuse à une flexion ou une fêlure, même pour des vitesses d'impact relativement fai bles, dans le cas où une fraction de la masse du corps d'environ 15 kg est poussée vers lesdites vertèbres. Lors du choc de la tête contre un pare-brise en verre feuilleté, celui-ci se creuse en effet après la rupture des feuilles de verre, par suite de la déformation de la couche interca laire du butyral dans la région de l'impact.
La tête se trouve, de ce fait, bloquée en position fixe et ne peut donc plus se déplacer sous la poussée de la masse du corps, de sorte que, sous cette poussée, il se produit en dehors des compressions dangereuses dans la région des vertèbres cervicales, un effort de flexion considéra- blé sur les vertèbres, qui a pour conséquence les lésions très graves mentionnées plus haut.
La mesure dans laquelle la résistance des vertèbres cervicales est, dans ces circonstances, inférieure à la résistance de l'encéphale aux lésions cérébrales, ressort des données numériques ci-après qui ont été obtenues par des essais dans lesquels la masse poussée en direction des vertèbres cervicales est de 14 kg : alors que pour une durée de l'effort de 50 msec la limite de tolérance en ce qui concerne les lésions cérébrales est, d'après L.M. Patrick, d'environ 220 kg force effectifs (les données fournies par Patrick en matière d'accélération ont été exprimées en kg force par multiplication, en prenant comme poids moyen du crâne:
4,5 k.), au contraire, d'après les travaux de D. Ziffer, pour une même durée du choc sur un pare-brise, les vertèbres sont déjà gravement endommagées pour un effort de 50 kg force effectifs. Ces valeurs sont valables pour les lésions ma croscopiques sur les vertèbres cervicales, telles que par exemple un déchirement des disques intervertébraux. Elles sont enocre plus basses dans certaines circonstan ces lorsque l'on considère aussi les lésions microscopi ques qui pourtant peuvent être mortelles.
Si l'on tient compte de chaque essai isolément, on arrive au résultat que l'on doit craindre des lésions les plus graves, par rupture des vertèbres cervicales, lorsque la durée du choc est supérieure à 30 m/sec.
L'invention se propose de tenir compte de cas don nés en fournissant un pare-brise caractérisé en ce que a) la région périphérique du pare-brise destinée à être fixée dans le cadre de la carrosserie est constituée exclusivement de verre de silicate;
b) la région médiane du pare-brise, c'est-à-dire l'ensem ble du pare-brise à l'exclusion de la région périphé rique destinée à être fixée dans le cadre de la carros serie, présente dans un domaine de température allant de - 20 à -I- 40 C, une résistance mécanique telle qu'elle n'est pas perforée par le choc d'un corps sphérique solide, d'un poids de 20 kg pour une vitesse d'impact de 50 km/h, et c) le matériau constitutif de la région médiane du pare- brise, jusqu'à la région périphérique à assujettir dans la carrosserie, est choisi de façon qu'il transmette jusqu'à la périphérie du pare-brise,
dans un laps de temps d'au plus 30 millisecondes l'onde de déforma tion émanant d'un choc central par un corps sphé rique, solide, d'un poids de 20 kg pour une vitesse d'impact de 30 km/h.
Le procédé pour la fabrication de ce pare-brise est caractérisé en ce qu'on modifie la résistance initiale à la flexion d'une feuille de verre, de manière que la périphé rie du pare-brise, présente une résistance à la flexion inférieure au reste du pare-brise.
Le comportement d'un pare-brise présentant ces caractéristiques, est le suivant Depuis le point d'impact de la tête part une onde de déformation qui se propage presque sans être contrariée à l'intérieur de la région médiane du pare-brise et atteint sa bordure périphérique dans un laps de temps d'au plus 30 msec. Que le vitrage soit déjà brisé dans sa région médiane ou qu'il ne soit pas encore détruit à cet instant grâce à sa haute résistance, à l'instant où l'onde de déformation atteint la bordure du pare-brise, la région médiane est cisaillée ou détachée de la bordure périphé rique serrée dans la carrosserie sous l'effet de l'énergie de l'onde de déformation.
La région médiane, par suite de sa résistance minimale exigée, n'est pas perforée mais elle se détache totalement ou partiellement du cadre après sa séparation d'avec la bordure serrée dans le cadre, sans que, à partir de l'instant où elle se détache, des forces de décélération dangereuse puissent s'exercer sur la tête. Cet arrachement hors du cadre est désigné dans ce qui suit par l'expression : déverrouillage .
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plu sieurs formes d'exécution du pare-brise objet de la pré sente invention.
La fig. 1 est une vue en coupe d'une forme d'exé cution dans laquelle le pare-brise est constitué de verre feuilleté.
La fig. 2 est une vue partielle en coupe d'une mon ture utilisant un profilé de caoutchouc.
La fig. 3 est une vue partielle en coupe d'une autre monture dans le cas d'une fixation du pare-brise par collage directement sur la carrosserie.
La fig. 4 est une vue partielle en coupe d'une forme d'exécution dans laquelle le pare-brise est constitué d'une seule feuille de verre de sécurité.
La fig. 5 est une vue partielle en coupe, d'une forme d'exécution dans laquelle le pare-brise est formé d'une seule feuille de verre de sécurité munie d'un trait de découpe.
La fig. 6 est une vue en coupe partielle d'une autre forme de réalisation dans laquelle le pare-brise est cons titué d'une seule feuille de verre de sécurité.
La fig. 7 est un diagramme force/temps résultant des mesures effectuées sur différents types de pare-brise sou mis à des essais aux chocs.
Ainsi qu'on le voit sur la fig. 1, le côté du pare-brise ne recevant pas directement le choc, c'est-à-dire le côté extérieur, est constitué par une feuille de verre de sili cate 1, qui est maintenue le long de sa périphérie dans la monture 2. Du côté recevant le choc se trouve une feuille plus petite 3. Celle-ci se termine avantageusement, sur toute sa périphérie, immédiatement en deçà de la mon ture dans laquelle est fixée la feuille de verre de silicate 1, de sorte que, contrairement à cette dernière, elle n'est pas serrée dans la monture. Conformément à un premier type de réalisation, cette feuille plus petite 3 est en matière plastique.
La feuille de verre de silicate 1 est liée à la feuille de matière plastique 3 à l'aide d'une couche intercalaire 5 d'une colle convenable. Cette couche de colle est avanta geusement choisie de façon que dans l'intervalle de tem pérature mentionné plus haut elle absorbe les efforts mécaniques de tension qui prennent naissance par suite de la différence de dilatation thermique entre le verre et la matière plastique.
Compte tenu de la valeur minimale requise en ce qui concerne les propriétés mécaniques de la substance constitutive de la feuille de matière plastique 3, cette substance peut être choisie parmi les matières plastiques connues. C'est ainsi par exemple que les conditions requises sont satisfaites avec une feuille d'ester polytéré- phtalique d'éthylène glycol, d'une épaisseur de 0,25 mm, avec une feuille de polycarbonate thermoplastique à haut poids moléculaire de combinaison aromatique dihy- droxylée, en particulier de bisphénynol-alkane, d'une épaisseur de 1 mm, avec une feuille de polyamide amor phe d'acides aromatiques bifonctionnels,
en particulier l'acide téréphtalique et d'une amine aliphatique bifonc- tionnelle alkyle substituée, en particulier l'hexaméthylène diamine, d'une épaisseur de 0,25 mm, ou encore avec une feuille de polychlorure de vinyle exempt de plasti fiant, d'une épaisseur de 0,5 mm.
La feuille 3, de dimensions plus petites, peut suivant le deuxième type de pare-brise être également en verre de silicate, pourvu que l'on veille à ce que la couche intercalaire plastique 5 avec la feuille de verre de sili cate 3, ou l'ensemble du feuilleté constitué par les feuilles élémentaires 1, 3 et 5, présente dans sa région médiane la résistance requise à la perforation. La feuille de verre 1 a une épaisseur de 2 à 8 mm et de préférence 2,5 à 6 mm, et la feuille de verre a une épaisseur de 0,1 à 3 mm. La couche intercalaire plastique est constituée de butyral polyvinylique et a une épaisseur d'au moins 0,7 mm.
La fig. 2 représente une autre forme de réalisation de la monture dans laquelle la feuille 3 de plus petites dimensions est fermement soutenue afin d'éviter que le pare-brise ne s'effondre vers l'intérieur du véhicule dans le cas de la rupture de la feuille de verre extérieure 1 sous l'action d'un choc venant de l'extérieur. Dans ce but, la portion 10 de la carrosserie constituant la mon ture du pare-brise est prolongée dans une mesure suffi sante pour que la portion supérieure 11 de sa monture déborde par-dessus la périphérie de la feuille 3. Le pro filé de caoutchouc 12 est, dans cette région, élargi par la lèvre 13, qui s'applique contre la feuille 3.
On doit, dans ce cas naturellement, prendre soin qu'entre la périphé rie de la feuille 3 et la lèvre 13 du profilé de caoutchouc, il n'y ait aucune adhérence afin qu'en cas d'accident la feuille 3 puisse se dégager facilement du profilé de caout chouc, vers l'extérieur.
Lorsque l'on renonce à l'utilisation d'un profilé de caoutchouc, l'on peut avantageusement réaliser la mon ture sur la carrosserie comme cela est représenté sur la fig. 3. Dans ce cas, la feuillure du cadre 20 est pliée 2 fois en forme de marche d'escalier afin que la feuille de verre extérieure 21 et la feuille intérieure 23 soient enserrées dans les gradins ainsi constitués. La feuille extérieure 21 est solidarisée fermement avec la carros serie 20 sur toute sa périphérie au moyen d'une colle convenable 24. La feuille intérieure 23, au contraire, ne doit être en aucune façon liée à la carrosserie. Dans ce but, on peut intercaler entre la périphérie de la feuille 23 et la partie correspondante 25 du cadre, un moyen de séparation convenable 26.
Sur les fig. 4 à 6, le pare-brise est fait d'une seule feuille de verre de sécurité. Dans ce pare-brise, la région médiane 30 ou 40 est constituée par un verre de silicate ayant une résistance à la flexion d'au moins 50 kg force/ mm2, et de préférence de 50 à 100 kg force/mm2. La région périphérique 31 ou 41 a, au contraire, une résis tance à la flexion d'au plus 20 kg force/mm2. La région périphérique 31 est collée au moyen d'une couche de colle 32 sur la tôle 33 de la carrosserie.
La portion supé rieure 35 formant la feuillure de la tôle 33, qui se pro longe en regard de la région périphérique 32 et qui déborde jusqu'à la région médiane 30 de la feuille de verre afin de la préserver d'un effondrement vers l'inté rieur, n'est pas non plus collée à cette feuille. Ceci est encore vrai pour la portion supérieure 36 de la partie du profilé de caoutchouc située du côté intérieur.
La fig. 5 montre à quel endroit un trait de découpe 38 peut être avantageusement tracé le long de la région périphérique de la feuille de verre. Ce trait de découpe doit se trouver aussi près que possible de la région péri phérique fermement fixée dans la monture afin qu'en cas de rupture, la monture reste aussi exempte que possible d'éclats de verre saillants dans l'ouverture.
Les pare-brise conformes aux fig. 4 ou 6 peuvent être réalisés de façons diverses, et on donne, dans ce qui suit, quelques exemples pour la réalisation de tels pare- brise. <I>Exemple 1</I> On fabrique un pare-brise qui présente de forte contraintes de compression superficielle et qui par suite offre, sur la totalité de sa surface, une résistance à la flexion de 50 à 1001:g force/mm2. La région périphéri que de cette feuille est réchauffée dans une mesure suf fisante pour que la contrainte de compression et par conséquent la résistance à la flexion soient diminuées jusqu'à la valeur désirée.
<I>Exemple 2</I> En partant d'un pare-brise présentant une résistance à la flexion de 50 à 100 kg force/mm2 sur la totalité de sa surface, on trace, à une petite distance du bord qui correspond à la largeur de la monture, un trait de découpe. <I>Exemple 3</I> On fabrique un pare-brise ayant sur toute sa surface une résistance à la flexion de 50 à 100 kg force/mm2. Sur la région périphérique correspondant à la largeur de la monture on applique sur un des côtés ou sur les deux côtés une couche d'émail grâce à quoi, ainsi qu'il est connu, la résistance à la flexion est diminuée jusqu'à la valeur désirée.
<I>Exemple 4</I> On fabrique un pare-brise ayant une résistance à la flexion de 50 à 100 kg force/mm2 sur la totalité de sa surface par le procédé dit de trempe chimique, c'est- à-dire par un échange d'ions superficiel sur la feuille de verre. Ensuite la couche superficielle est éliminée dans la région périphérique jusqu'à ce que la résistance à la flexion ait été ramenée à la valeur requise.
<I>Exemple S</I> En partant d'une feuille de verre ayant une résistance à la flexion qui correspond à la valeur requise pour la région périphérique, cette région périphérique est mas quée par un moyen quelconque approprié dans la région médiane et est renforcée par un traitement d'échange d'ions à haute température jusqu'à obtenir dans cette région une résistance à la flexion de 50 à 100 kg force/mm2. <I>Exemple 6</I> Un autre exemple est décrit ci-dessous en référence à la fig. 6.
Le pare-brise est constitué d'une feuille de verre 40 ayant une résistance à la flexion de 50 à 100 kg force;mm2. Sur cette feuille de verre 40, on colle le long de la périphérie une bande 41 de quelques centimètres de large faite de verre (ou d'un autre matériau cassant simi laire et de faible résistance à la flexion), cette bande 41 dépassant la tranche de la feuille de verre à haute résis tance à la flexion. La bande 41 est, de son côté, assujet- tie sur la tôle 42 de la carrosserie à l'aide d'une couche de colle 43. La bande 41 est d'autre part solidement col lée sur la feuille de verre 40 au moyen d'une couche de colle 44.
La couche de colle 44 est faite d'une colle dure , c'est-à-dire une colle qui transmet l'onde de flexion depuis la feuille de verre 40 jusqu'à la bande 41, sans l'absorber. A cet effet, on peut choisir une colle époxydique. La partie supérieure 45 de la feuillure de la tôle 42 de la carrosserie ne présente aucune liaison solide avec la feuille de verre 40, mais elle permet au contraire un déverrouillage instantané de la feuille 40 de la mon ture en cas de rupture de la bande 41.
Sur la fig. 7, on a représenté une série de courbes donnant la valeur de la force en fonction du temps, ces courbes mettant en évidence la considérable réduction de la durée du choc que l'on obtient avec les pare-brise décrits. Le dispositif choisi pour effectuer les essais est constitué par une tête artificielle d'un poids total de 20 kg. Celle-ci est constituée par le corps d'impact pro prement dit, à savoir une tête de bois de 19 cm de dia mètre et par un poids de 14 kg fixé derrière cette tête. Ce poids de 14 kg représente la masse du corps partici pant au choc et il a été choisi de cette valeur car on peut admettre que, dans les cas extrêmes, une proportion d'environ 20 à 25 % de la masse du corps transmet son énergie cinétique à la tête par l'intermédiaire des vertè bres cervicales.
Entre la tête de bois et le poids, c'est- à-dire à l'endroit qui correspond à la région des vertè bres cervicales, on place une cellule de mesures des for ces mises en jeu. Cette cellule pèse, pour sa part, 1 kg, de sorte que le poids total du corps de choc correspond à 20 kg.
On laisse tomber cette tête artificielle depuis des hau teurs diverses correspondant aux vitesses d'impact dési rées, sur un vitrage d'essai dont les dimensions sont 50 X 100 cm. Les vitrages d'essai sont fixés dans les conditions diverses à leur périphérie et notamment, dans un cas, par l'application d'un cadre d'un poids de 56 kg, ce qui correspond à une force de fixation de 120 g/cm2 et, dans un autre cas, par vissage du cadre, ce qui cor respond à une fixation absolue telle qu'elle est par exem ple obtenue par le collage du pare-brise sur la carros serie.
Pour un tel corps de choc rigide on trouve, pour une même vitesse d'impact et une même masse participante au choc, une force d'impact plus élevée et une durée totale de choc plus courte, c'est-à-dire une durée d'appli cation de la force d'impact plus courte que dans le cas d'une préparation anatomique comme celle que l'on uti lise dans les recherches médicales. Ceci provient du com portement différent de la masse de choc pour laquelle, dans le cas d'un corps rigide, la totalité de la masse par ticipe dans une certaine mesure au choc dès le début, tandis que dans le cas du choc du corps humain, du fait de sa déformabilité, la masse du corps ne participe au choc que plus ou moins progressivement.
Malgré cette différence, l'avantage essentiel des nou veaux vitrages peut être clairement démontré par les résultats des mesures effectuées avec la tête artificielle décrite ci-dessus.
Tous les essais ont été effectués avec une vitesse d'impact de 22,5 km/h à l'exception de l'essai I pour lequel la vitesse d'impact était de 19,7 km/h. La vitesse avait dû dans ce cas être ainsi abaissée car pour des vitesses plus élevées la feuille de verre était détruite ce qui aurait empêché toute comparaison. Les conditions de fixations ont été maintenues constantes pour tous les essais, c'est-à-dire que la force de fixation était de 120 g/cm2.
Les courbes représentent le comportement au choc des différents pare-brise suivants COURBE I Pare-brise normal en verre feuilleté fait de deux feuilles élémentaires de verre de 3,1 mm d'épaisseur chacune et d'une couche intercalaire de polyvinyle butyral de 0,38 mm d'épaisseur. COURBE II Pare-brise en verre feuilleté comme le précédent mais avec une couche intercalaire de bytyral polyvinylique de 0,76 mm d'épaisseur. COURBE III Pare-brise conçu suivant la présente invention et fait d'une feuille de verre de silicate recuit normalement, d'une épaisseur de 4,2 mm et d'une feuille de polyester d'une épaisseur de 0,25 mm. COURBE IV Pare-brise également conçu suivant l'invention fait d'une feuille de verre de silicate trempé thermiquement de 4,2 mm d'épaisseur et d'une feuille -de polyester de 0,25 mm d'épaisseur.
Toutes les courbes présentent, en gros, la même allu re. Cette allure est caractérisée par deux phases de choc, à savoir une pointe de force élevée pour une durée d'en viron 1 milliseconde après le début du choc et une deuxième phase qui, en comparaison de la première pointe de choc, s'étend sur une durée considérablement plus longue. Pour la première phase de choc dont le maximum représente la force nécessaire pour la rupture du verre de silicate, abstraction faite de sa résistance à la flexion, c'est principalement l'épaisseur du pare-brise qui est déterminante. Afin que cette pointe de force n'atteigne pas une valeur dangereuse, l'épaisseur des feuilles élémentaires ne doit pas dépasser les valeurs ma ximales mentionnées plus haut.
Pour une meilleure clarté du graphique, on a tracé dans le cas seulement de la courbe I l'allure de la cour be dans la région de la pointe de force, tandis que, pour les autres courbes, on a seulement indiqué par des points II', III' et IV' la valeur des maxima des pointes de force.
Lorsque le verre de silicate est brisé, la force de choc diminue très rapidement. Bien que la première pointe de force soit relativement élevée, celle-ci n'est pas dange reuse pour les lésions internes car sa durée d'action est excessivement courte.
C'est, au contraire, la deuxième phase du choc qui est dangereuse et les pare-brise décrits permettent pré cisément de raccourcir cette phase du choc ou encore l'ensemble du processus de choc. Cette deuxième partie de la courbe est maintenant déterminée essentiellement par le matériau utilisé dans chaque cas pour constituer la région médiane ou plus exactement par le comporte ment de ce matériau en ce qui concerne la plasticité et la propagation de l'onde de déformation.
La courbe I n'a pas à être prise en considération car un tel pare-brise s'effondre déjà avec une vitesse d'im pact de la tête artificielle de 20 à 25 kg/heure et il peut conduire au phénomène dangereux de la collerette . Cependant, même pour ces faibles vitesses d'impact, la durée totale du choc atteint déjà 38 millisecondes. Cette durée totale s'élève pour la courbe II jusqu'à 60 milli- secondes et en même temps la force effective, c'est- à-dire la force moyenne agissante pendant le laps de temps correspondant à la deuxième partie de la courbe, passe de 120 à 190 kg,
En comparaison de la courbe II (qui correspond à un pare-brise en verre feuilleté comportant une feuille intercalaire high impact ), les courbes III et IV (qui correspondent à des pare-brise conformes à l'invention) montrent que la durée totale du choc est considérable ment réduite grâce à l'invention : cette durée n'atteint plus, dans ces deux cas, qu'environ 16 millisecondes. La pointe de force n'est pas influencée dans une mesure très sensible mais les lésions macroscopiques des vertè bres cervicales sont maintenant exclues, grâce aux très courtes durées de choc obtenues.
De très nombreux essais de choc effectués avec des pare-brise fabriqués suivant les différentes formes de réa lisation de l'invention ont conduit qualitativement aux mêmes résultats, c'est-à-dire que, dans tous les cas, on a observé une réduction considérable de la durée de choc par rapport aux pare-brise antérieurs en verre feuilleté, de sorte qu'il est inutile de donner ici les résultats numé riques précis de ces essais.
Windshields for vehicles and method for their manufacture The invention relates to a windshield for vehicles. Two types of safety glazing are currently used for windshields, namely, on the one hand, safety glasses comprising a single sheet of glass and, on the other hand, glazing comprising several sheets of glass, which are often called laminated safety glasses. Safety glazing formed from a single sheet of glass consists of tempered glass which has, in its surface layers, a compressive stress which is kept in equilibrium by an extension constraint prevailing in the core of the sheet. of glass.
The usual laminated glass consists of two separate glass sheets, not tempered, which are joined to each other by means of a thermoplastic intermediate layer of polyvinyl butyral.
Safety glazing made from a single sheet of glass fragments when it breaks, over its entire surface, into very small pieces. If, as a result of a sudden deceleration of the vehicle, a passenger is thrown against a windshield made of a single sheet of safety glass, that sheet shatters for a passenger head impact velocity of about 15 km / h, as a result of local bending forces. The fragmen tation process is developing extremely quickly. Already after a millisecond from the head coming into contact with the windshield, the latter is completely broken and the passenger's head is released so that no deceleration force acts on it anymore .
As a result of this extremely short action of deceleration forces, only a small portion of the body's kinetic energy is absorbed by the windshield.
The laminated glass safety glazing itself is passed through from certain minimum impact speeds. For a thickness of the interlayer of polyvinyl butyral of 0.38 m / m, as it is currently used in a current manner and for an ambient temperature of approximately 200 ° C. the passenger's head may pass through the windshield provided the head impact speed is greater than about 25 to 30 km / hour.
Unfortunately, the perforation of the laminated glass windshield results in the extremely dangerous formation of what is called the flange, that is to say that on the periphery of the pierced region very sharp shards of glass appear. which are firmly held by the butyral sheet and which, therefore, can easily lead to severe cuts.
To decrease the danger of perforation, it has been proposed to double the thickness of the butyral layer. Such interlayers of butyral are for example known commercially under the name of High-Impact sheets or High penetration resistance sheets. They are only perforated from approximately double relative impact speeds, that is to say approximately 45 km per hour.
When the windshield is not perforated, it is a fraction several times greater of the kinetic energy of the body, which is absorbed by such a laminated glass windshield compared to one whose butyral layer does not. has a thickness of 0.38 m / m and this in the form of deformation work, both in the plastic interlayer and in the human organism.
Unlike windscreens made from a single sheet of safety glass, for which the duration of the action of impact forces is of the order of one millisecond, the duration of action of the same forces in the case of Laminated glass is incomparably longer, due to the plastic deformation of the butyral interlayer. It can reach, in the case of the impact of a human body, up to 160 m / sec. With regard to the internal lesions occurring in the event of a collision of a passenger against the windshield, it is now known that apart from the value of the decelerating forces, the duration of action of these forces is of importance. decisive.
The longer the duration of action of the deceleration forces, the weaker these forces must be to be supported without damage by the organism.
The various organs of the human body have different resistance capacities (tolerance limits) with regard to deformation forces and their duration of action. The best-known works of specialists on injuries and lesions of the head in the event of impact of the forehead against a hard plate, are due to L.M. Patrick - Department of Engineering Mechanics - Wayne State University. This work has, among others, been published in the article entitled Human Tolerance to impact - Basis for Safety Design.
In this article, L.M. Patrick established, on the basis of the results of his experiments relating to cerebral disturbances of moderate severity, a tolerance curve giving the effective decelerations admissible as a function of their duration of action. This curve already clearly shows the great importance of the duration of action of the decelerating forces vis-à-vis cerebral lesions.
It is certainly known that, in automobile accidents, fatal lesions are also observed in the cervical vertebrae which are produced by the impact of the head against the windshield. The statistics published on auto accidents show that with regard to fatal consequences, lesions of the cervical vertebrae are much more dangerous than lesions of the skull.
It has now been found, following in-depth tests, that safety glazing involving long-lasting impacts, that is to say in particular known laminated safety glasses, can lead, under specific conditions not excluded in practice, fatal lesions of the cervical vertebrae even for relatively low impact speeds. On the other hand, it has been established that the tolerance limit for macroscopic lesions of the cervical vertebrae is significantly below the tolerance limit already mentioned above for cerebral disturbances (see D. Ziffer, F. Brückner and R. Henn.
Das Verhalten der Halswirbel-Saüle in Verbindung mit der Schödel basis und der oberen Brustwirbelsâule bei Stürzen auf Sicherheitglas für Automobilfrontscheiben (Einschei- benssicherheitsglas - Verbundsicherheitsglas) Zentral- blattwirbelsâule bei Stürzen auf Sicherheitglas für Automobilfrontscheiben (Einschei- benssicherheitsglas - Verbundsicherheitsglas) Zentral- blattfür Verkehrenzenezember 1967)
As evidenced by this research, lesions of the cervical vertebrae can be caused by the fact that these vertebrae are already subjected to a dangerous extent to bending or cracking, even at impact speeds. relatively small, in the case where a fraction of the body mass of about 15 kg is pushed towards said vertebrae. Upon impact of the head against a laminated glass windshield, the latter is in fact hollowed out after the breaking of the glass sheets, as a result of the deformation of the interlayer of the butyral in the region of the impact.
The head is therefore blocked in a fixed position and can therefore no longer move under the pressure of the mass of the body, so that, under this pressure, dangerous compressions occur in the region of the vertebrae. cervical, a considerable flexion force on the vertebrae, which results in the very serious lesions mentioned above.
The extent to which the resistance of the cervical vertebrae is, under these circumstances, lower than the resistance of the brain to brain damage is shown by the following numerical data which has been obtained by tests in which the mass pushed towards the vertebra cervical is 14 kg: while for a duration of the effort of 50 msec the tolerance limit for cerebral lesions is, according to LM Patrick, about 220 kg effective force (the data provided by Patrick in terms of acceleration were expressed in kg force by multiplication, taking as the average weight of the skull:
4.5 k.), On the contrary, according to the work of D. Ziffer, for the same duration of the impact on a windshield, the vertebrae are already seriously damaged for an effort of 50 kg effective force. These values are valid for croscopic lesions on the cervical vertebrae, such as, for example, tearing of the intervertebral discs. They are even lower in certain circumstances when one considers also the microscopic lesions which however can be fatal.
If we take into account each test in isolation, we arrive at the result that we must fear the most serious lesions, by rupture of the cervical vertebrae, when the duration of the shock is greater than 30 m / sec.
The invention proposes to take account of cases given by providing a windshield characterized in that a) the peripheral region of the windshield intended to be fixed in the frame of the bodywork consists exclusively of silicate glass;
b) the median region of the windshield, that is to say the whole of the windshield excluding the peripheral region intended to be fixed in the frame of the series body, present in a domain temperature ranging from - 20 to -I- 40 C, a mechanical resistance such that it is not perforated by the impact of a solid spherical body, with a weight of 20 kg for an impact speed of 50 km / h, and c) the material constituting the middle region of the windscreen, up to the peripheral region to be secured in the bodywork, is chosen so that it transmits to the periphery of the windscreen,
within a period of not more than 30 milliseconds, the deformation wave emanating from a central shock by a solid spherical body weighing 20 kg for an impact speed of 30 km / h.
The process for manufacturing this windshield is characterized in that the initial flexural strength of a glass sheet is changed so that the periphery of the windshield has a flexural strength lower than rest of the windshield.
The behavior of a windshield with these characteristics is as follows: From the point of impact of the head, a deformation wave starts, which propagates almost without being thwarted inside the middle region of the windshield and reaches its peripheral border within a period of not more than 30 msec. Whether the glazing is already broken in its middle region or has not yet been destroyed at this moment thanks to its high strength, at the moment when the deformation wave reaches the edge of the windshield, the middle region is sheared or detached from the peripheral edge tight in the body under the effect of the energy of the deformation wave.
The middle region, owing to its required minimum strength, is not perforated, but it detaches completely or partially from the frame after its separation from the tight border in the frame, without, from the moment when it detaches, dangerous deceleration forces can be exerted on the head. This tearing out of the frame is designated in what follows by the expression: unlocking.
The appended drawing shows, by way of example, several embodiments of the windshield which is the subject of the present invention.
Fig. 1 is a sectional view of an embodiment in which the windshield is made of laminated glass.
Fig. 2 is a partial sectional view of a frame using a rubber profile.
Fig. 3 is a partial sectional view of another frame in the case of fixing the windshield by bonding directly to the bodywork.
Fig. 4 is a partial sectional view of an embodiment in which the windshield consists of a single sheet of safety glass.
Fig. 5 is a partial sectional view of an embodiment in which the windshield is formed from a single sheet of safety glass provided with a cutting line.
Fig. 6 is a partial sectional view of another embodiment in which the windshield is made of a single sheet of safety glass.
Fig. 7 is a force / time diagram resulting from measurements carried out on different types of windshields subjected to impact tests.
As can be seen in FIG. 1, the side of the windshield not directly receiving the shock, that is to say the outer side, is formed by a sheet of silicate glass 1, which is held along its periphery in the frame 2 On the side receiving the impact is a smaller sheet 3. This advantageously ends, over its entire periphery, immediately below the frame in which the silicate glass sheet 1 is fixed, so that, unlike to the latter, it is not tight in the frame. According to a first type of embodiment, this smaller sheet 3 is made of plastic.
The silicate glass sheet 1 is bonded to the plastic sheet 3 by means of an interlayer 5 of a suitable adhesive. This adhesive layer is advantageously chosen so that, in the temperature range mentioned above, it absorbs the mechanical tensile forces which arise as a result of the difference in thermal expansion between the glass and the plastic material.
Taking into account the minimum value required with regard to the mechanical properties of the constituent substance of the plastic sheet 3, this substance can be chosen from known plastics. Thus, for example, the required conditions are satisfied with a sheet of polyterephthalate ethylene glycol ester, 0.25 mm thick, with a sheet of high molecular weight thermoplastic polycarbonate of aromatic combination dihy. - droxylated, in particular of bisphenynol-alkane, with a thickness of 1 mm, with a sheet of polyamide amorphous with bifunctional aromatic acids,
in particular terephthalic acid and a bifunctional alkyl substituted aliphatic amine, in particular hexamethylene diamine, with a thickness of 0.25 mm, or alternatively with a sheet of polyvinyl chloride free of plasticizer, d 'a thickness of 0.5 mm.
The sheet 3, of smaller dimensions, can according to the second type of windshield also be made of silicate glass, provided that care is taken that the plastic interlayer 5 with the silicate glass sheet 3, or the whole of the laminate constituted by the elementary sheets 1, 3 and 5, has in its middle region the required resistance to perforation. The glass sheet 1 has a thickness of 2 to 8 mm and preferably 2.5 to 6 mm, and the glass sheet has a thickness of 0.1 to 3 mm. The plastic interlayer is made of polyvinyl butyral and has a thickness of at least 0.7 mm.
Fig. 2 shows another embodiment of the frame in which the sheet 3 of smaller dimensions is firmly supported in order to prevent the windshield from collapsing towards the interior of the vehicle in the event of the sheet breaking. of outer glass 1 under the action of a shock from the outside. For this purpose, the portion 10 of the body constituting the frame of the windshield is extended to a sufficient extent so that the upper portion 11 of its frame protrudes over the periphery of the sheet 3. The rubber profile 12 is, in this region, widened by the lip 13, which rests against the sheet 3.
In this case, of course, care must be taken that between the periphery of the sheet 3 and the lip 13 of the rubber profile, there is no adhesion so that in the event of an accident the sheet 3 can be released. easily from the rubber profile to the outside.
When the use of a rubber profile is dispensed with, the fitting can advantageously be carried out on the body as shown in FIG. 3. In this case, the rebate of the frame 20 is folded twice in the form of a staircase step so that the outer glass sheet 21 and the inner sheet 23 are clamped in the steps thus formed. The outer sheet 21 is firmly attached to the body series 20 over its entire periphery by means of a suitable adhesive 24. The inner sheet 23, on the contrary, must not be in any way linked to the body. For this purpose, a suitable separating means 26 can be inserted between the periphery of the sheet 23 and the corresponding part 25 of the frame.
In fig. 4 to 6, the windshield is made from a single sheet of safety glass. In this windshield, the middle region 30 or 40 is formed by a silicate glass having a flexural strength of at least 50 kg force / mm2, and preferably 50 to 100 kg force / mm2. The peripheral region 31 or 41, on the contrary, has a flexural strength of at most 20 kg force / mm2. The peripheral region 31 is glued by means of a layer of glue 32 on the sheet 33 of the body.
The upper portion 35 forming the rebate of the sheet 33, which extends opposite the peripheral region 32 and which protrudes as far as the middle region 30 of the glass sheet in order to protect it from collapsing towards the end. interior, is not glued to this sheet either. This is also true for the upper portion 36 of the part of the rubber profile located on the inner side.
Fig. 5 shows where a cut line 38 can be advantageously drawn along the peripheral region of the glass sheet. This cutout should be as close as possible to the peripheral region firmly fixed in the frame so that in the event of breakage the frame remains as free as possible from shards of glass protruding into the opening.
The windshields in accordance with fig. 4 or 6 can be produced in various ways, and some examples are given in what follows for the production of such windshields. <I> Example 1 </I> A windshield is manufactured which exhibits high surface compressive stresses and which consequently offers, over its entire surface, a flexural strength of 50 to 1001: g force / mm2 . The peripheral region of this sheet is warmed to a sufficient extent so that the compressive stress and therefore the flexural strength are reduced to the desired value.
<I> Example 2 </I> Starting from a windshield with a flexural strength of 50 to 100 kg force / mm2 over its entire surface, we trace, at a small distance from the edge which corresponds to the width of the frame, a cut line. <I> Example 3 </I> A windshield is manufactured having over its entire surface a flexural strength of 50 to 100 kg force / mm2. On the peripheral region corresponding to the width of the frame is applied on one side or on both sides a layer of enamel whereby, as is known, the flexural strength is reduced to the value desired.
<I> Example 4 </I> A windshield having a flexural strength of 50 to 100 kg force / mm2 over its entire surface is manufactured by the so-called chemical hardening process, that is to say by superficial ion exchange on the glass sheet. Then the surface layer is removed in the peripheral region until the flexural strength has been reduced to the required value.
<I> Example S </I> Starting from a glass sheet having a flexural strength which corresponds to the value required for the peripheral region, this peripheral region is masked by any suitable means in the middle region and is reinforced by an ion exchange treatment at high temperature until a flexural strength of 50 to 100 kg force / mm2 is obtained in this region. <I> Example 6 </I> Another example is described below with reference to fig. 6.
The windshield is made of a sheet of glass 40 having a flexural strength of 50 to 100 kg force; mm2. On this glass sheet 40, is glued along the periphery a strip 41 a few centimeters wide made of glass (or another similar brittle material and of low flexural strength), this strip 41 extending beyond the edge high flexural strength glass sheet. The strip 41 is, for its part, secured to the sheet metal 42 of the body by means of a layer of adhesive 43. The strip 41 is on the other hand firmly glued to the glass sheet 40 by means of a layer of glue 44.
The glue layer 44 is made of a hard glue, that is to say an glue which transmits the bending wave from the glass sheet 40 to the strip 41, without absorbing it. For this purpose, one can choose an epoxy adhesive. The upper part 45 of the rebate of the sheet metal 42 of the body does not have any solid connection with the glass sheet 40, but on the contrary it allows instantaneous unlocking of the sheet 40 of the frame in the event of the strip 41 breaking. .
In fig. 7, a series of curves has been shown giving the value of the force as a function of time, these curves showing the considerable reduction in the duration of the impact which is obtained with the windshields described. The device chosen to carry out the tests consists of an artificial head with a total weight of 20 kg. This is constituted by the impact body itself, namely a wooden head 19 cm in diameter and by a weight of 14 kg fixed behind this head. This weight of 14 kg represents the mass of the body participating in the impact and it was chosen from this value because it can be assumed that, in extreme cases, a proportion of about 20 to 25% of the mass of the body transmits its energy. kinetics to the head through the cervical vertebrae.
Between the wooden head and the weight, that is to say at the place which corresponds to the region of the cervical vertebrae, we place a cell measuring the forces involved. This cell weighs, for its part , 1 kg, so that the total weight of the shock body is 20 kg.
This artificial head is dropped from various heights corresponding to the desired impact speeds onto a test glazing whose dimensions are 50 × 100 cm. The test panes are fixed under various conditions at their periphery and in particular, in one case, by the application of a frame weighing 56 kg, which corresponds to a fixing force of 120 g / cm2 and, in another case, by screwing the frame, which corresponds to an absolute fixing such as is for example obtained by gluing the windshield on the body series.
For such a rigid shock body we find, for the same impact speed and the same mass participating in the shock, a higher impact force and a shorter total impact duration, that is to say a duration application of the impact force shorter than in the case of an anatomical preparation such as that used in medical research. This is due to the different behavior of the shock mass for which, in the case of a rigid body, the whole of the mass participates to some extent in the shock from the start, while in the case of the shock of the human body , because of its deformability, the mass of the body only participates in the shock more or less gradually.
Despite this difference, the essential advantage of the new glazing can be clearly demonstrated by the results of the measurements carried out with the artificial head described above.
All the tests were carried out with an impact speed of 22.5 km / h with the exception of test I for which the impact speed was 19.7 km / h. In this case, the speed had to be lowered because for higher speeds the glass sheet was destroyed, which would have prevented any comparison. The binding conditions were kept constant for all tests, i.e. the binding force was 120 g / cm2.
The curves represent the impact behavior of the following different windscreens CURVE I Normal windscreen in laminated glass made of two elementary sheets of glass 3.1 mm thick each and an interlayer of polyvinyl butyral 0, 38 mm thick. CURVE II Laminated glass windshield like the previous one but with an interlayer of polyvinyl bytyral 0.76 mm thick. CURVE III A windshield designed in accordance with the present invention and made of a sheet of normally annealed silicate glass, 4.2 mm thick, and polyester sheet 0.25 mm thick. CURVE IV A windshield also designed according to the invention made of a sheet of thermally toughened silicate glass 4.2 mm thick and a sheet of polyester 0.25 mm thick.
All the curves look roughly the same. This gait is characterized by two phases of shock, namely a peak of high force for a duration of about 1 millisecond after the onset of the shock and a second phase which, in comparison with the first peak of shock, extends over considerably longer duration. For the first impact phase, the maximum of which represents the force necessary for the breaking of the silicate glass, apart from its flexural strength, it is mainly the thickness of the windshield which is determining. So that this peak force does not reach a dangerous value, the thickness of the elementary sheets must not exceed the maximum values mentioned above.
For a better clarity of the graph, we have plotted in the case of curve I only the shape of the curve be in the region of the peak of force, while, for the other curves, we have only indicated by points II ', III' and IV 'the value of the maximum force peaks.
When the silicate glass is broken, the impact force decreases very quickly. Although the first peak of force is relatively high, this is not dangerous for internal lesions because its duration of action is excessively short.
It is, on the contrary, the second phase of the impact which is dangerous and the windshields described precisely make it possible to shorten this phase of the impact or even the entire impact process. This second part of the curve is now essentially determined by the material used in each case to constitute the middle region or more exactly by the behavior of this material with regard to plasticity and the propagation of the deformation wave.
Curve I does not have to be taken into consideration because such a windshield already collapses with an impact speed of the artificial head of 20 to 25 kg / hour and it can lead to the dangerous phenomenon of the collar. . However, even for these low impact velocities, the total shock duration already reaches 38 milliseconds. This total duration rises for curve II up to 60 milliseconds and at the same time the effective force, that is to say the average force acting during the period of time corresponding to the second part of the curve, from 120 to 190 kg,
In comparison with curve II (which corresponds to a laminated glass windshield comprising a high impact interlayer), curves III and IV (which correspond to windshields in accordance with the invention) show that the total duration of the shock is considerably reduced by virtue of the invention: this duration no longer reaches, in these two cases, only about 16 milliseconds. The peak force is not influenced to a very sensitive extent but macroscopic lesions of the cervical vertebrae are now excluded, thanks to the very short durations of shock obtained.
Very many impact tests carried out with windshields manufactured according to the various embodiments of the invention have qualitatively led to the same results, that is to say that, in all cases, a reduction has been observed. considerable impact duration compared to previous laminated glass windshields, so that it is unnecessary to give here the precise numerical results of these tests.