EP3774676A1 - Verre durci thermiquement isotrope - Google Patents

Verre durci thermiquement isotrope

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Publication number
EP3774676A1
EP3774676A1 EP19719548.0A EP19719548A EP3774676A1 EP 3774676 A1 EP3774676 A1 EP 3774676A1 EP 19719548 A EP19719548 A EP 19719548A EP 3774676 A1 EP3774676 A1 EP 3774676A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
glass
treatment
mpa
thermal
sheet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19719548.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Guillaume KAMINSKI
Romain Decourcelle
Francis SERRUYS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Original Assignee
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain Glass France SAS, Compagnie de Saint Gobain SA filed Critical Saint Gobain Glass France SAS
Publication of EP3774676A1 publication Critical patent/EP3774676A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B27/00—Tempering or quenching glass products
    • C03B27/012—Tempering or quenching glass products by heat treatment, e.g. for crystallisation; Heat treatment of glass products before tempering by cooling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B27/00—Tempering or quenching glass products
    • C03B27/04—Tempering or quenching glass products using gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B27/00—Tempering or quenching glass products
    • C03B27/04—Tempering or quenching glass products using gas
    • C03B27/0413—Stresses, e.g. patterns, values or formulae for flat or bent glass sheets

Definitions

  • the invention relates to the field of thermally “hardened” (“heat-strengthened”) glasses, also called “semi-tempered” glasses, especially intended for the facades of buildings.
  • thermo tempering in English
  • thermal tempering thermal toughening
  • thermal hardening thermal hardening
  • heat strengthening in English
  • the glass is heated in an oven, in particular radiative or convective, and then cooled by cooling elements (generally called quenching boxes) administering to the glass a plurality of air jets using nozzles.
  • quenching boxes cooling elements
  • the glass After being heated to a temperature around 615 ° C, the glass is rapidly cooled using air jets whose speed is adjusted according to the thickness and the desired stress level in the final glass. This adjustment can in particular be achieved by adjusting the pressure in the ducts administering the air blast jets.
  • thermal tempering is a general term covering thermal curing and thermal quenching.
  • the thermal reinforcement of the glass generates a stress field in its thickness (of parabolic profile) conferring on it a greater mechanical resistance to bending and a specific mode of rupture, notably reducing the risk of injury to people in case of breakage in the case tempered glass ("thermally toughened glass").
  • This stress field is obtained by the difference in cooling speed between the surfaces of the main faces of the glass and its core, during the setting of the glass. The thicker the glass, the less it is necessary to blow hard to generate the residual stress field given the thermal inertia to cool the heart.
  • the rapid cooling of the thermal reinforcement treatment is carried out using air jets generally applied simultaneously to the two main faces of the glass.
  • the air jets are blown between conveying rolls of the glass sheets.
  • a conveying roll is generally coated with a ribbon of helical shape generally of a polymeric material, generally aromatic polyamide (Kevlar, Nomex, Twaron), occasionally in contact with the glass. These materials are chosen for their very good mechanical properties, especially their high tensile strength, and thermal (thermal expansion practically zero and low thermal conductivity).
  • EP0253525B1 discloses a conveyor roll surrounded by a strip of discontinuous insulating material.
  • the refractive index of glass can vary locally, which can, under a polarized light, result in the appearance of iridescences well known to glassmakers under the name of "quenching flower", this term being also used for thermally hardened glass (“semi-tempered”), even if it is not completely tempered.
  • This inhomogeneity of the glass is called anisotropy and can be related to an inhomogeneous distribution of the stresses inside the glass, which depends in the first place on the thermal history of the glass, that is to say the homogeneity of its thermal reinforcement heating and the homogeneity of its thermal reinforcement cooling.
  • insulating glazings comprising a plurality of thermally reinforced windows are used.
  • the more glazing a large number of thermally reinforced windows the more the quenching flower is visible.
  • These panes must comply with the EN1863-1: 2011 standard, combining a minimum bending resistance and a suitable fragmentation behavior, and preferably a surface stress greater than 30 MPa and an edge stress greater than 20 MPa. .
  • a surface stress is measured by a device operating on the principle of polariscopia such as the Scalp-04 polariscope marketed by GlasStress Ltd, the value determined being an arithmetic average of 5 measurements on a main surface of the glass sheet and at least 20 cm from the edge.
  • the stress values given are absolute values, since the person skilled in the art can also express them with a negative sign.
  • an edge stress is measured by photoelastic measurement using Sharples Stress Meter Ref (S-67) from Sharples Stress Engineers.
  • thermally toughened glass in English
  • thermally hardened glass the expression used in English is “heat-treated glass”
  • thermally toughened glass leads to a surface stress greater than 90 MPa, generally between 90 and 200 MPa.
  • thermally hardened glass is carried out on an installation identical to that of thermally toughened glass.
  • the heating conditions are identical but the cooling air blowing power is lower, which reduces convective heat exchange with the main faces of the glass.
  • the cycle time is longer since it takes longer for cooling to freeze residual stresses in the glass.
  • Thermally hardened glass therefore spends much more time in the cooling zone and its thermal history is strongly impacted: the contribution of the conductive heat exchange between the glass and the rollers, where appropriate with the strips of polymer material, generally made of aromatic polyamide, in particular Kevlar, around the rollers, is bigger.
  • the glass undergoes oscillation parallel to its main faces, exerted by the rollers.
  • the thermally hardened glass (“heat-strengthened”) produced according to the invention is called “final heat-hardened glass.”
  • This final hardened glass was produced by application of a post-heat treatment. heat treatment with a heat-strengthened glass called “intermediate glass.”
  • This intermediate glass was made by applying a treatment thermal tempering) to a glass called “primary glass”.
  • the invention relates to a method for producing a thermally hardened glass, said hardened final glass, comprising a thermal treatment said thermal post-treatment, applied to a heat-strengthened glass, said intermediate glass, said thermal post-heat treatment leading to the glass final hardened.
  • the "thermal post-heat treatment” is applied to the intermediate glass (already thermally reinforced) and it is desired to reduce the anisotropy, a source of iridescence visible to the unwanted naked eye.
  • This post-heat treatment ("post” meaning “after thermal reinforcement” leading to the intermediate glass, which already uses a heating) can be performed in an oven, especially in static condition, the intermediate glass sheets being then fixed in the oven. You can place an easel in the oven and put the intermediate glass sheets on the easel.
  • the oven has the function of applying a thermal cycle in order to reduce the anisotropy of the intermediate glass.
  • the structural relaxation of glass under the effect of temperature has been demonstrated. Indeed, the reinforcement stress decreases as a function of the duration and the temperature of the post-treatment.
  • the average optical delay values are determined using a photo-elastic bench as described for example in "The effect of optical anisotropy on building glass facades and its measurement methods; Frontiers of Architectural Research (2015) 4, 119-126 ", with a resolution of 1.5 mm (each pixel corresponding to an area on the glass of 1.5x1.5 mm), the average optical delay being the arithmetic mean of measured optical delays for each pixel.
  • Optical delays are firstly mapped for the entire surface of the glass, which is produced using an optical device comprising a circular polariscope. This circular polariscope includes
  • a light source preferably polychromatic, delivering a light beam in the direction of an optical axis, then successively in the direction of the light beam, a first circular polarizer comprising a first linear polarizer followed (in the path of light) of a first quarter-wave plate, polarizing the light in a first direction of rotation, and then
  • an analyzer which is a second circular polarizer in a second direction of rotation of the polarization opposite to the first direction of rotation, this analyzer comprising a second quarter wave plate followed (on the path of light) of a second linear polarizer .
  • the glass to be analyzed is placed in the circular polariscope between the first circular polarizer and the analyzer. Downstream of the circular polariscope, an optical sensor provided with an objective delivers a digital image (thus composed of pixels) of the glass.
  • the final hardened glass has a surface stress less than the surface stress of the intermediate glass.
  • the intermediate glass has a surface stress in the range of 35 to 90 MPa.
  • the final hardened glass has a surface stress in the range of 30 to 60 MPa.
  • the cured final glass has an average optical retardation less than the average optical delay of the intermediate glass, which is at the origin of the quenching flower less marked with the naked eye and outside the hardened final glass relative to the intermediate glass.
  • the thermal post-treatment is carried out at a sufficient temperature and for a time sufficient to appreciably reduce the quenching flower. This is correlated with a reduction in the average optical delay and the surface stress.
  • the thermal post-treatment is however carried out at a temperature and for a duration compatible with the conformity of the final hardened glass to the EN1863-1: 2011 standard. Indeed, the final glass must retain the properties that are expected of a heat-cured glass for the building.
  • the thermal post-treatment is preferably carried out between a minimum temperature and a maximum temperature.
  • the thermal post-treatment is preferably carried out at a temperature above the minimum temperature, which is 250 ° C and preferably 270 ° C and preferably 280 ° C.
  • the thermal post-treatment is preferably carried out at a temperature below the maximum temperature, which is 550 ° C and preferably 500 ° C, and preferably 480 ° C. This maximum temperature is below the glass transition temperature of the glass. The higher the thermal post-treatment, the shorter the duration.
  • the thermal post-treatment preferably comprises heating for at least one hour, in particular between 1, 5 and 10 hours, between the minimum temperature and the maximum temperature. After the heat post-treatment, the glass is cooled to room temperature, the cooling rate then being of little importance. Post-treatment is applied to the entire intermediate glass. Post-treatment is usually done in the air.
  • the intermediate glass is a thermally reinforced glass. It was made by thermal reinforcement of a glass, said primary glass, comprising a heating of said primary glass generally to at least 580 ° C, generally between 580 and 650 ° C, followed by cooling by blowing air jets . Cooling is rapid, its speed generally being between 0.5 and 5 ° C / sec between the beginning of the cooling and 500 ° C, the cooling rate is generally higher when the glass is thin. This cooling is fast enough for the intermediate glass to have a surface stress in the range of 35 to 90 MPa.
  • the primary glass is conveyed by conveying rollers during heating and / or cooling leading to the intermediate glass, the conveying rollers being surrounded by braids or strips of polymer material, in particular of the aromatic polyamide type, in particular of Kevlar.
  • This intermediate glass comprises a quenching flower visible to the naked eye to the external light, quenching flower that the invention proposes to reduce.
  • the primary glass (and thus also the intermediate glass as well as the final hardened glass) is generally a soda-lime silicate glass having generally not undergone any particular heat-reinforcing treatment.
  • the The glass returns to a temperature below 250 ° C and generally at room temperature, ie below 50 ° C, generally between 0 and 50 ° C.
  • the glass (primary, intermediate and final) is generally in the form of a sheet of thickness in the range of 5 to 13 mm, its thickness may especially be 8 or 10 mm. Each main face generally has an area of between 0.05 and 63 m 2 .
  • Glass (primary, intermediate, final cured) is usually a soda-lime silicate glass. The glass can be curved but is generally flat.
  • the invention makes it possible in particular to manufacture a thermally hardened glass sheet ("heat-strengthened”) according to the EN1863-1: 2011 standard and having a surface stress greater than 30 MPa, an edge compression stress of greater than 30 MPa, an average optical delay less than 40 nm.
  • the surface stress can be between 32 and 55 MPa.
  • the edge compression stress may be less than 45 MPa.
  • FIG. 1 is a photograph showing an air blast nozzle 1 for the administration of a thermal reinforcement cooling, arranged between two rollers 2 and 3 for conveying glass sheets, said rollers being provided with Kevlar braids 4; . It is these braids that come into contact with the glass to train it.
  • FIG. 2 shows a photo of a thermally reinforced glass sheet (of the "intermediate” glass type) displaying a quenching flower in a rather marked manner and which the invention makes it possible to reduce or even to eliminate. It is believed that the grid marks are the consequence of glass temperature inhomogeneity due to its contact with the Kevlar braids shown in FIG.
  • This photo is an image of the glass made using a circular polariscope in which the glass was placed, the image having been recorded by an optical sensor.
  • Figure 3 shows the quenching flowers glazing made according to the examples.
  • Thermally hardened glass sheets having a thickness of 8 mm and 10 mm were produced, the main faces of which were 1100 x 360 mm in size. A part of these leaves have subsequently undergone thermal post-treatment. The measurements were then taken
  • Table 1 summarizes the conditions for carrying out the various tests and the results.
  • Example 2 corresponds to that of Example 1 except that it has also undergone thermal post-treatment.
  • the glass of Example 4 corresponds to that of Example 3 except that it has also undergone thermal post-treatment. It can be seen that the thermal post-treatment leads to a decrease in the average optical delay.
  • the glasses of all these examples were in accordance with EN1863-1: 2011.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un verre durci thermiquement, comprenant un traitement thermique appliqué à un verre renforcé thermiquement. L'invention concerne également une feuille de verre durcie thermiquement conforme à la norme EN1863-1:2011 présentant une contrainte de surface supérieure à 30 MPa, une contrainte de compression de bord supérieure à 30 MPa, un retard optique moyen inférieur à 40 nm.

Description

VERRE DURCI THERMIQUEMENT ISOTROPE
L’invention concerne le domaine des verres « durcis » thermiquement (« heat strengthened » en anglais) également appelés « semi-trempé » notamment destinés aux façades des bâtiments.
Les traitements de renforcement thermique (« thermal tempering » en anglais) du verre , notamment de trempe thermique (« thermal toughening » en anglais) ou de durcissement thermique (« heat strengthening » en anglais) font intervenir un chauffage vers 615°C suivi d’un refroidissement rapide par jet d’air. C’est un procédé maîtrisé et utilisé depuis de nombreuses années. Pour ce faire le verre est chauffé dans un four, notamment radiatif ou convectif, puis refroidi par des éléments de refroidissement (généralement appelés caissons de trempe) administrant au verre une pluralité de jets d’air à l’aide de buses. Dans la grande majorité des installations de renforcement thermique, le verre est convoyé par des rouleaux et de manière horizontale. Après avoir été chauffé à une température aux alentours de 615°C, le verre est refroidi rapidement à l’aide de jets d’air dont la vitesse est ajustée en fonction de l’épaisseur et du niveau de contrainte désiré dans le verre final. Cet ajustage peut notamment être réalisé en jouant sur la pression dans les conduits administrant les jets de soufflage d’air.
Dans le cadre de la présente invention, l’expression renforcement thermique (« thermal tempering » en anglais) est une expression générale recouvrant le durcissement thermique et la trempe thermique. Le renforcement thermique du verre génère un champ de contrainte dans son épaisseur (de profil parabolique) lui conférant une plus grande résistance mécanique à la flexion et un mode de rupture spécifique, notamment réduisant le risque de blessure aux personnes en cas de casse dans le cas du verre trempé (« thermally toughened glass » en anglais). Ce champ de contrainte est obtenu par le différentiel de vitesse de refroidissement entre les surfaces des faces principales du verre et son cœur, pendant le figeage du verre. Plus le verre est épais, moins il est nécessaire de souffler fort pour générer le champ de contrainte résiduel compte tenu de l’inertie thermique pour refroidir le cœur. Pour équiper les bâtiments, les vitrages durcis thermiquement doivent être conformes à la norme EN1863-1 :2011 , laquelle impose une résistance minimale à la flexion 4 points et un certain comportement de fragmentation menant à des morceaux suffisamment gros pour qu’en cas de casse, ils restent maintenus dans le cadre du vitrage et ne tombent. C’est une différence très sensible avec le verre trempé, lequel en cas de casse explose en une multitude de petits morceaux qui ne sont pas tenus par le cadre. La résistance minimale à la flexion 4 points impose une contrainte à rupture aux 5% fractile d’au moins 70 MPa, laquelle peut être déterminée conformément à la norme EN1288- 3, norme à laquelle la norme EN1863-1 :2011 fait référence.
Le refroidissement rapide du traitement de renforcement thermique est effectué à l’aide de jets d’air généralement appliqués de manière simultanée sur les deux faces principales du verre. Les jets d’air sont soufflés entre des rouleaux de convoyage des feuilles de verre. Un rouleau de convoyage est généralement revêtu d’un ruban de forme hélicoïde généralement en un matériau polymère, généralement en polyamide aromatique (Kevlar, Nomex, Twaron), ponctuellement en contact avec le verre. Ces matériaux sont choisis pour leur très bonnes propriétés mécanique, notamment leur grande résistance à la traction, et thermiques (dilatation thermique pratiquement nulle et faible conductivité thermique). Le EP0253525B1 décrit un rouleau de convoyage entouré d’un ruban de matériau isolant discontinu.
L’utilisation de jets d’air ne permet cependant pas de garantir un refroidissement homogène sur l’ensemble du verre. L’utilisation de verres à couches faiblement émissive rend par ailleurs le réglage du four beaucoup plus complexe. En effet, la conduite du four nécessite des réglages de plus en plus fin (profil et quantité de convection et/ou de radiation). Il en résulte une plus grande inhomogénéité du champ de température du verre avec parfois des gradients de température de plusieurs dizaines de degrés Celsius sur une distance de seulement quelques centimètres lorsque le verre sort du four.
Selon son histoire thermique et en raison des propriétés de biréfringence du verre, l’indice de réfraction du verre peut varier localement, ce qui peut, sous une lumière polarisée, se traduire par l’apparition d’iridescences bien connu des verriers sous le nom de « fleur de trempe », cette expression étant également utilisée pour le verre durci thermiquement (« semi-trempé »), même s’il n’est pas complètement trempé. Cette inhomogénéité du verre est appelée anisotropie et peut être reliée à une distribution inhomogène des contraintes à l’intérieur du verre, laquelle dépend en premier lieu de l’histoire thermique du verre, c’est-à-dire l’homogénéité de son chauffage de renforcement thermique et l’homogénéité de son refroidissement de renforcement thermique.
Pour une application en façade de bâtiment, des vitrages isolants comprenant une pluralité de vitres renforcées thermiquement sont utilisés. Généralement, plus un vitrage comprend un nombre élevé de vitres renforcées thermiquement, plus la fleur de trempe est visible. Ces vitres doivent être conformes à la norme EN1863-1 :2011 alliant une résistance à la flexion minimale et un comportement à la fragmentation adapté, ainsi de préférence qu’une contrainte de surface supérieure à 30 MPa et une contrainte de bord supérieure à 20 MPa.
Dans le cadre de la présente demande, une contrainte de surface est mesurée par un appareil fonctionnant sur le principe de la polariscopie comme le polariscope Scalp-04 commercialisé par GlasStress Ltd, la valeur déterminée étant une moyenne arithmétique de 5 mesures sur une surface principale de la feuille de verre et à au moins 20 cm du bord. Les valeurs de contrainte données sont des valeurs absolues, puisque l’homme du métier peut aussi les exprimer avec un signe négatif.
Dans le cadre de la présente demande, une contrainte de bord est mesurée par photoélasticimétrie à l’aide de l’appareil Sharples Edge Stress Meter Ref (S- 67) de la société Sharples Stress Engineers.
L’homme du métier distingue le verre trempé thermiquement (« themnally toughened glass » en anglais) du verre durci thermiquement (l’expression utilisés en anglais étant « heat strengthened glass»), également appelé « semi-trempé ». Un verre trempé thermiquement mène à une contrainte de surface supérieure à 90 MPa, généralement entre 90 et 200 MPa. Un verre durci thermiquement à une contrainte de surface comprise dans le domaine allant de 30 à 90 MPa, plus généralement comprise dans le domaine allant de 30 à 60 MPa.
La fabrication d’un verre durci thermiquement est réalisée sur une installation identique à celle du verre trempé thermiquement. Les conditions de chauffe sont identiques mais la puissance de soufflage d’air de refroidissement est plus faible, ce qui réduit les échanges thermiques convectifs avec les faces principales du verre. En conséquence le temps de cycle est plus élevé puisqu’il faut plus de temps pour que le refroidissement fige les contraintes résiduelles dans le verre. Le verre durci thermiquement passe donc beaucoup plus de temps dans la zone de refroidissement et son histoire thermique est fortement impactée: la contribution des échanges thermiques conductifs entre le verre et les rouleaux, le cas échéant avec les bandes de matériau polymère, généralement en polyamide aromatique, notamment en Kevlar, autour des rouleaux, est plus grande. Généralement, pendant le soufflage de refroidissement rapide, le verre subit une oscillation parallèlement à ses faces principales, exercée par les rouleaux. Puisque le temps de refroidissement est plus élevé, le nombre d’oscillations totales augmente et le nombre d’arrêts lorsque les rouleaux changent de sens au cours des oscillations augmente également. Or chaque arrêt accentue les hétérogénéités de refroidissement. En effet, lorsque le verre est arrêté (même quelques millisecondes), une zone de surface du verre recevant directement un jet d’air est plus fortement impactée qu’une zone située entre les jets d’air et refroidie par conduction et par les jets d’air dévié après impact du verre. Toute la surface du verre ne subit donc pas exactement le même traitement. Une configuration défavorable est le cas d’un renforcement thermique statique au cours duquel le verre n’a effectué aucune oscillation lors du refroidissement.
On peut faire un lien direct entre les coefficients d’échanges thermiques et l’image photo-élastique d’un verre renforcé thermiquement en statique. On met assez nettement en évidence l’effet des jets d’airs. On a par ailleurs remarqué que des conditions cinématiques mal maîtrisées (vitesse de transfert du four vers les caissons de trempe, vitesse d’oscillation, amplitude des oscillations) sont des facteurs aggravant potentiellement l’anisotropie du verre. L’analyse des images photo-élastiques permet également de mettre en évidence les marques dues au contact avec des bandes de matériau polymère équipant les rouleaux de convoyage, notamment une sorte de quadrillage.
On a constaté que l’anisotropie de verres durcis thermiquement est encore plus difficile à maîtriser que celle du verre trempé, et ce d’autant plus que le verre est épais.
Le verre durci thermiquement ((« heat strengthened ») réalisé selon l’invention est appelé « verre final durci », (soit en anglais « final heat strengthened glass »). Ce verre final durci a été réalisé par application d’un post- traitement thermique à un verre renforcé thermiquement que l’on appelle « verre intermédiaire ». Ce verre intermédiaire a été réalisé par application d’un traitement de renforcement thermique (thermal tempering) à un verre que l’on appelle « verre primaire ». Ainsi l’invention concerne un procédé de fabrication d’un verre durci thermiquement, dit verre final durci, comprenant un traitement thermique dit post- traitement thermique, appliqué à un verre renforcé thermiquement, dit verre intermédiaire, ledit post-traitement thermique menant au verre final durci.
Selon l’invention, on applique le « post-traitement thermique » au verre intermédiaire (déjà renforcé thermiquement) et dont on souhaite réduire l’anisotropie, source d’iridescences visibles à l’œil nu non-désirée. Ce post- traitement thermique (« post » voulant signifier « après le renforcement thermique » menant au verre intermédiaire, lequel fait déjà appel à un chauffage) peut être réalisé en étuve, notamment en condition statique, les feuilles de verre intermédiaire étant alors fixes dans l’étuve. On peut placer un chevalet dans l’étuve et l’on pose les feuilles de verre intermédiaire sur le chevalet. L’étuve a pour fonction d’appliquer un cycle thermique dans le but de réduire l’anisotropie du verre intermédiaire. On a mis en évidence la relaxation structurelle du verre sous l’effet de la température. En effet, la contrainte de renforcement diminue en fonction de la durée et de la température du post-traitement. On estime que cette réduction de l’anisotropie s’accompagne d’une diminution du retard optique moyen du verre. En effet, plus le retard optique moyen est faible, plus sa dispersion sur tout le verre est faible. La réduction du retard optique moyen est considérée comme étant liée à la réduction de l’anisotropie.
Dans le cadre de la présente demande, les valeurs de retard optique moyen sont déterminées à l’aide d’un banc photo-élastique comme décrit par exemple dans « The effect of optical anisotropies on building glass façades and its measurement methods ; Frontiers of Architectural Research (2015) 4, 119-126 », avec une résolution de 1 ,5 mm (chaque pixel correspondant à une zone sur la vitre de 1 ,5x1 ,5 mm), le retard optique moyen étant la moyenne arithmétique des retards optiques mesurés pour chaque pixel. On réalise d’abord la cartographie des retards optiques pour toute la surface du verre, laquelle est réalisée à l’aide d’un dispositif optique comprenant un polariscope circulaire. Ce polariscope circulaire comprend
- une source de lumière, de préférence polychromatique, délivrant un faisceau lumineux dans la direction d’un axe optique, puis successivement dans le sens du faisceau lumineux, - un premier polariseur circulaire comprenant un premier polariseur linéaire suivi (sur le chemin de la lumière) d’une première lame quart d’onde, polarisant la lumière dans un premier sens de rotation, puis
- un analyseur qui est un deuxième polariseur circulaire dans un deuxième sens de rotation de la polarisation opposé au premier sens de rotation, cet analyseur comportant une deuxième lame quart d’onde suivie (sur le chemin de la lumière) d’un deuxième polariseur linéaire.
Le verre à analyser est disposé dans le polariscope circulaire entre le premier polariseur circulaire et l’analyseur. En aval du polariscope circulaire, un capteur optique muni d’un objectif délivre une image numérique (donc composée de pixels) du verre.
Le verre final durci présente une contrainte de surface inférieure à la contrainte de surface du verre intermédiaire. Notamment, le verre intermédiaire présente une contrainte de surface comprise dans le domaine allant de 35 à 90 MPa. Notamment, le verre final durci présente une contrainte de surface comprise dans le domaine allant de 30 à 60 MPa.
Le verre final durci présente un retard optique moyen inférieur au retard optique moyen du verre intermédiaire, ce qui est à l’origine de la fleur de trempe moins marquée à l’œil nu et en extérieur du verre final durci par rapport au verre intermédiaire.
Plus la température et la durée du post-traitement thermique sont élevées, plus les contraintes dans le verre diminuent. Le post-traitement thermique plus ou moins fort affecte la contrainte initiale du verre mais on a découvert qu’il avait un effet positif sur l’anisotropie. En effet, il semblerait qu’une homogénéisation des contraintes résiduelles s’opère pendant le post-traitement thermique, ce qui serait à l’origine d’une réduction de la fleur de trempe.
Le post-traitement thermique est réalisé à une température suffisante et pendant une durée suffisante pour réduire de façon sensible la fleur de trempe. Ceci est corrélé avec une réduction du retard optique moyen et de la contrainte de surface. Le post-traitement thermique est cependant réalisé à une température et pour une durée compatible avec la conformité du verre final durci à la norme EN1863-1 :2011. En effet, le verre final doit conserver les propriétés que l’on attend d’un verre durci thermiquement pour le bâtiment. Ainsi, le post-traitement thermique est de préférence réalisé entre une température minimale et une température maximale. Le post-traitement thermique est de préférence réalisé à une température supérieure à la température minimale, laquelle est 250°C et de préférence 270°C et de préférence 280°C. Le post-traitement thermique est de préférence réalisé à une température inférieure à la température maximale, laquelle est 550°C et de préférence 500°C, et de préférence 480°C. Cette température maximale est inférieur à la température de transition vitreuse du verre. Plus le post-traitement thermique est réalisé à température élevée, plus sa durée peut être courte. Le post-traitement thermique comprend de préférence un chauffage pendant au moins une heure, notamment entre 1 ,5 et 10 heures, entre la température minimale et la température maximale. Après le post-traitement thermique, le verre est refroidi jusqu’à la température ambiante, la vitesse de refroidissement étant alors de peu d’importance. Le post-traitement est appliqué à l’intégralité du verre intermédiaire. Le post-traitement est généralement réalisé dans l’air.
Le verre intermédiaire est un verre renforcé thermiquement. Il a été réalisé par renforcement thermique d’un verre, dit verre primaire, comprenant un chauffage dudit verre primaire généralement à au moins 580°C, généralement entre 580 et 650°C, suivi d’un refroidissement par soufflage de jets d’air. Le refroidissement est rapide, sa vitesse étant généralement compris entre 0,5 et 5 °C/sec entre le début du refroidissement et 500°C, la vitesse de refroidissement étant généralement d’autant plus forte que le verre est de faible épaisseur. Ce refroidissement est suffisamment rapide pour que le verre intermédiaire présente une contrainte de surface comprise dans le domaine allant de 35 à 90 MPa. Le verre primaire est convoyé par des rouleaux de convoyage pendant le chauffage et/ou le refroidissement menant au verre intermédiaire, des rouleaux de convoyage étant entourés de tresses ou bandes en matériau polymère, notamment du type polyamide aromatique, notamment en Kevlar.
Ce verre intermédiaire comporte une fleur de trempe visible à l’œil nu à la lumière extérieure, fleur de trempe que l’invention se propose de réduire. Le verre primaire (et donc également le verre intermédiaire ainsi que le verre final durci) est généralement un verre de silicate sodo-calcique n’ayant généralement pas subi de traitement particulier de renforcement thermique.
Entre le renforcement thermique du verre primaire menant au verre intermédiaire et le post-traitement thermique appliqué au verre intermédiaire, le verre repasse à une température inférieure à 250°C et généralement à la température ambiante, c’est-à-dire à moins de 50°C, généralement entre 0 et 50°C.
Le verre (primaire, intermédiaire et final) est généralement sous la forme d’une feuille d’épaisseur comprise dans le domaine allant de 5 à 13 mm, son épaisseur pouvant notamment être 8 ou 10 mm. Chaque face principale présente généralement une aire comprise entre 0,05 et 63 m2. Le verre (primaire, intermédiaire, final durci) est généralement un verre de silicate sodo-calcique. Le verre peut être bombé mais est généralement plan.
L’invention permet notamment la fabrication d’une feuille de verre durcie thermiquement (« heat strengthened ») conforme à la norme EN1863-1 :2011 et présentant une contrainte de surface supérieure à 30 MPa, une contrainte de compression de bord supérieure à 30 MPa, un retard optique moyen inférieur à 40 nm. Notamment, la contrainte de surface peut être comprise entre 32 et 55 MPa. Notamment, la contrainte de compression de bord peut-être inférieure à 45 MPa.
La figure 1 est une photo montrant une buse 1 de soufflage d’air pour l’administration d’un refroidissement de renforcement thermique, disposée entre deux rouleaux 2 et 3 de convoyage de feuilles de verre, lesdits rouleaux étant munis de tresses 4 en Kevlar. Ce sont ces tresses qui viennent au contact du verre pour l’entrainer.
La figure 2 montre une photo d’une feuille de verre renforcée thermiquement (du type verre « intermédiaire ») arborant de la fleur de trempe de manière assez marquée et que l’invention permet de réduire voire faire disparaître. On estime que les marques en quadrillage sont la conséquence d’une inhomogénéité en température du verre à cause de son contact avec les tresses en kevlar montrées sur la figure 1 . Cette photo est une image du verre réalisée à l’aide d’un polariscope circulaire dans lequel le verre a été placé, l’image ayant été enregistrée par un capteur optique.
La figure 3 montre les fleurs de trempe des vitrages réalisés selon les exemples.
Exemples
On a réalisé des feuilles de verre durcies thermiquement d’épaisseur 8 mm et 10 mm, dont les faces principales avaient les dimensions 1100 x 360 mm. Une partie de ces feuilles ont ensuite subi un post-traitement thermique. On a ensuite procédé aux mesures de
- contrainte de surface ;
- contrainte permanente de compression de bord ;
- retard optique moyen ;
- conformité à la norme EN1863-1 :2011 (dont la résistance en flexion 4 points selon la norme EN1288-3 et la fragmentation).
Le tableau 1 rassemble les conditions de réalisation des différents essais et les résultats.
Tableau 1
Le verre de l’exemple 2 correspond à celui de l’exemple 1 sauf qu’il a subi en plus un post-traitement thermique. Le verre de l’exemple 4 correspond à celui de l’exemple 3 sauf qu’il a subi en plus un post-traitement thermique. On voit que le post-traitement thermique conduit à une baisse du retard optique moyen. Les verres de tous ces exemples étaient conformes à la norme EN1863-1 :2011.
On a par ailleurs réalisé des images représentant la fleur de trempe de chacun de ces vitrages à partir de leur cartographie de retards optiques. Ces images ont été réalisées à l’aide d’un polariscope circulaire dans lequel le verre a été placé, l’image ayant été enregistrée par un capteur optique. Ces images sont visibles sur la figure 3. On voit que le post-traitement thermique (ex 2 et ex 4) a bien réduit la fleur de trempe par rapport aux même vitrages n’ayant pas subit le post-traitement thermique (ex 1 à comparer avec ex 2 ; ex 3 à comparer avec ex 4).

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d’un verre durci thermiquement, dit verre final durci, comprenant un traitement thermique dit post-traitement thermique, appliqué à un verre renforcé thermiquement, dit verre intermédiaire, menant au verre final durci.
2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le verre final durci présente une contrainte de surface inférieure à la contrainte de surface du verre intermédiaire.
3. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le verre final durci présente une contrainte de surface comprise dans le domaine allant de 30 à 60 MPa.
4. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le verre intermédiaire présente une contrainte de surface comprise dans le domaine allant de 35 à 90 MPa.
5. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le post-traitement thermique est réalisé à une température supérieure à une température minimale, ladite température minimale étant 250°C et de préférence 270°C et de préférence 280°C.
6. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le post-traitement thermique est réalisé à une température inférieure à une température maximale, ladite température maximale étant 550°C et de préférence 500°C, et de préférence 480°C.
7. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le post-traitement thermique comprend un chauffage pendant au moins une heure, notamment entre 1 ,5 et 10 heures entre la température minimale et la température maximale.
8. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le verre est une feuille d’épaisseur comprise dans le domaine allant de 5 à 13 mm, son épaisseur pouvant notamment être 8 ou 10 mm.
9. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le post-traitement thermique est réalisé en étuve.
10. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le verre intermédiaire a été réalisé par renforcement thermique d’un verre, dit verre primaire, comprenant un chauffage dudit verre primaire à au moins 580°C, généralement entre 580 et 650°C, suivi d’un refroidissement par soufflage de jets d’air.
11. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le verre primaire est convoyé par des rouleaux de convoyage pendant le chauffage et/ou le refroidissement.
12. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les rouleaux de convoyage sont entourés de tresses ou bandes en matériau polymère, notamment du type polyamide aromatique, notamment en Kevlar.
13. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le verre intermédiaire est un verre de silicate sodo-calcique.
14. Feuille de verre durcie thermiquement conforme à la norme EN1863- 1 :2011 présentant une contrainte de surface supérieure à 30 MPa, une contrainte de compression de bord supérieure à 30 MPa, un retard optique moyen inférieur à 40 nm.
15. Feuille selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la contrainte de surface est comprise entre 32 et 55 MPa.
16. Feuille selon l’une des revendications de feuille précédentes, caractérisé en ce que la contrainte de compression de bord est inférieure à 45 MPa.
17. Feuille selon l’une des revendications de feuille précédentes, caractérisé en ce que son épaisseur est comprise dans le domaine allant de 5 à 13 mm, son épaisseur pouvant notamment être 8 ou 10 mm.
18. Feuille selon l’une des revendications de feuille précédentes, caractérisé en ce qu’elle est en verre de silicate sodo-calcique.
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