FR2710163A1 - Procédé de fabrication d'un composite verre-matière plastique. - Google Patents

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Friske Mark Stephen
Johnson Ronald Edgar
Reagan Christine Marie
Winer Theresa Aliano
Wu Lung-Ming
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Abstract

L'invention concerne un procédé d'application d'une pellicule organique adhésive (22) tenace, résistante à l'abrasion, à une surface arrière d'un corps mince de verre (48) pour former un composite verre-matière plastique, qui consiste à préchauffer la pellicule à une température à laquelle le solvant et l'humidité résiduels sont éliminés de la pellicule, préchauffer une tête de presse (36) à une température de pressage, presser ensemble la pellicule et le verre, maintenir l'assemblage verre-pellicule à température et pression réglées pendant une certaine période de temps pour former un composite, et refroidir le composite pour solidifier l'adhésif organique. Application notamment à la fabrication de lentilles ophtalmiques.

Description

La présente invention concerne un procédé pour appliquer une pellicule
organique à une surface d'un corps mince de verre pour former un composite verre-matière
plastique tel qu'une lentille ophtalmique.
Le poids est un important objet de critique des articles en verre. C'est particulièrement vrai des lentilles ophtalmiques pour lesquelles le confort de l'utilisateur est primordial. Une voie de réduction du poids des lentilles en verre consiste à amincir globalement la lentille. La plupart des lentilles en verre, notamment celles de puissance négative, ont une épaisseur d'environ 2,2 mm au point le plus mince de la lentille. Une réduction à 1,0 mm de l'épaisseur de la lentille au point le plus mince réduit de jusqu'à 55 % le poids de la lentille, selon la puissance de la lentille. Cependant, une telle lentille mince ne peut répondre par elle-même aux réglementations concernant la
résistance au choc.
Les matières plastiques sont plus légères, mais généralement moins résistantes à la rayure que le verre et
n'offrent pas de caractéristiques photochromiques fiables.
Une autre critique adressée au verre tient à sa nature fragile et au danger potentiel qu'occasionnent les
éclats de verre lorsqu'un article de verre se brise.
Il a été proposé de combiner une lentille de verre mince à une couche mince de matière plastique, habituellement en appliquant une pellicule de matière plastique sur la surface arrière d'une lentille de verre. La surface avant du verre, o une abrasion est la plus30 susceptible de se produire, offre de la résistance à la rayure. La pellicule peut également retenir les fragments de
verre dans le cas d'un bris, en assurant ainsi une protection des yeux. Le procédé proposé par le brevet des E.U.A.
N 5 073 423 offre des avantages par rapport à d'autres techniques possibles pour appliquer une pellicule de matière plastique, telles que l'autoclavage, car il est simple et le
coût de l'appareillage nécessaire est relativement réduit.
Par suite, ce procédé est bien adapté à la pratique du laboratoire d'optique car la lentille composite peut être produite sur place et il ne faut qu'un relativement faible
investissement de capitaux.
Cependant, lorsqu'on a tenté d'exécuter ce procédé, on a rencontré certains problèmes. En particulier, des défauts optiques sont apparus dans la pellicule; en outre, des problèmes de qualité optique et d'adhérence de la pellicule sont apparus en passant de la production d'une puissance de lentille à une autre. La présente invention représente un procédé perfectionné qui est destiné à éviter,
ou corriger, les problèmes évoqués.
Il y a lieu également de mentionner le brevet des E.U.A. N 4 447 510, la publication européenne N 0 077 168, le brevet des E.U.A. N 5 232 637 et la demande de brevet des E.U.A. N 08/002 058 déposée le ler mars 1993 décrivant un procédé et un appareil pour le transfert et l'application à la surface d'un article d'une décalcomanie détachable à chaud pour report indirect. Une membrane de silicone supportée chauffée est utilisée conjointement à une tête de presse pour prélever une décalcomanie et l'amener au contact de la surface d'un article. Un dessin à l'encre, et non une
pellicule protectrice, est appliqué à la surface de verre.
L'invention réside dans un procédé permettant de faire adhérer une pellicule organique adhésive tenace, résistante à l'abrasion, à la surface arrière d'un corps mince de verre, dans lequel la pellicule et le corps de verre sont placés l'un contre l'autre et sont pressés ensemble pour faire adhérer la pellicule au verre, le perfectionnement consistant à préchauffer la pellicule à une température à laquelle le solvant résiduel et/ou l'humidité résiduelle sont éliminés de la pellicule, à préchauffer une35 tête de presse pour faciliter le réglage de température pendant le pressage, à presser ensemble la pellicule et le corps de verre pour former un composite verre-matière plastique, à maintenir le composite dans des conditions réglées de température et de pression pendant une certaine période de temps pour que l'adhésif organique mouille la surface du verre, et à refroidir le composite pour solidifier l'adhésif organique et le faire adhérer à la
surface du verre.
Sur les dessins annexés: La Figure 1 est une vue latérale en coupe d'une structure de lentille ophtalmique verre-matière plastique à laquelle se rapporte l'invention; la Figure 2 est une vue en plan de dessus d'un dispositif servant à effectuer une étape de préchauffage du procédé de l'invention;
la Figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne 3-
3 de la Figure 2; la Figure 4 est une vue latérale schématique d'un dispositif servant à effectuer une seconde étape de préchauffage du procédé de l'invention; la Figure 5 est une vue latérale schématique illustrant la formation d'un composite selon l'invention; et la Figure 6 est une vue latérale en coupe d'une
forme modifiée de la pellicule représentée sur la Figure 3.
L'invention concerne fondamentalement un procédé perfectionné de fabrication d'un composite de verre-matière
plastique. Le composite peut trouver usage dans différentes applications et peut affecter diverses formes. Cependant, une application d'intérêt immédiat est une lentille30 ophtalmique en verre- matière plastique et l'invention est décrite ci-après en considérant une telle application.
La Figure 1 est une vue latérale en coupe montrant une structure de lentille typique 10 à laquelle se rapporte l'invention. La lentille 10 comporte un élément mince de35 lentille en verre 12 ayant une surface avant convexe 14 et une surface arrière concave 16. Une couche de matière
plastique organique 18 adhère à la surface arrière 16.
L'invention est basée sur des perfectionnements apportés au procédé de Johnson et coll., brevet N 5 073 423 précité. L'invention est issue de la résolution des problèmes qui étaient rencontrés dans la commercialisation
du produit du brevet de Johnson et coll.
La décalcomanie décrite dans ce brevet incluait une pellicule de polyuréthanne résistante à l'abrasion d'une épaisseur de 0,05 à 0,5 mm. Cependant, il s'est avéré souhaitable d'utiliser une pellicule s'inscrivant du côté des grandes épaisseurs de cet intervalle, c'est-àdire une
pellicule ayant une épaisseur de 0,25 à 0,5 mm.
Pour qu'une pellicule d'une telle épaisseur puisse être conformée à une tête de presse pendant l'application,
il s'est avéré nécessaire de préchauffer la pellicule.
Sinon, la pellicule ne se tendait pas convenablement et ne
s'appliquait pas uniformément à la surface du verre.
On a également observé que des bulles avaient tendance à apparaître dans la pellicule appliquée. Il s'est avéré que ces bulles ont pour origine des substances volatiles, c'est-à-dire un solvant résiduel et/ou l'humidité résiduelle retenus dans la pellicule de polyuréthanne. Ces substances volatiles résiduelles peuvent être éliminées, ce qui résout le problème des bulles, en maintenant la pellicule à la température de préchauffage pendant une certaine période de temps. Le cycle temps-température de préchauffage doit être suffisamment long et suffisamment élevé pour éliminer de la pellicule les composants volatils. La température doit également être suffisamment élevée pour conférer le degré souhaité de souplesse à la pellicule. Cependant, le cycle, et notamment la température, sont limité par le besoin d'éviter, ou au moins de minimiser, une dégradation de la35 pellicule. La Demanderesse a constaté que ces conditions peuvent être satisfaites avec un cycle temps-température de préchauffage de 100 à 170 C durant une période de 1 à 6 minutes. La Demanderesse préfère en général un cycle
d'environ 160 C durant une période de 3 minutes.
Afin d'obtenir un bon mouillage de la surface du verre par l'adhésif organique, il s'est avéré avantageux de maintenir l'assemblage verrematière plastique sous pression pendant un temps prolongé à une température élevée. Les paramètres de temps, température et pression sont interdépendants. Ils dépendent aussi de la formulation particulière de matière adhésive thermoplastique et de ses
propriétés, telles que le point de fusion.
Le facteur déterminant est évidemment un ramollissement suffisant de l'adhésif organique pour mouiller le substrat de verre. Un haut degré d'adhérence est ainsi atteint entre le verre et la matière plastique lorsque l'assemblage est refroidi. La géométrie de la lentille, y compris le diamètre et l'épaisseur de la lentille, ainsi que la transmission de chaleur du verre, influent tous sur les
conditions de liaison optimales.
En général, les paramètres de liaison peuvent être une pression de 0,69 à 3,8 bars pendant un temps de 2 à 20
minutes avec une température comprise entre 100 et 210 C.
Les travaux de la Demanderesse indiquent que les conditions
optimales dépendent de la nature de la lentille à produire.
Ainsi, à une pression de 1,9 bar, le temps et la température de pressage préférés sont de 190 C et 5 minutes pour les lentilles de puissance positive, les lentilles à face plane et les lentilles de puissance négative jusqu'à une vergence sphérique de -2 et cylindrique de -2. Cependant, pour les30 lentilles de puissance négative ayant une vergence sphérique ou cylindrique plus forte que -2, une température de 195 C pendant 12 minutes est préférée. Il est donc clair qu'il est avantageux de préchauffer la tête de presse afin de faciliter le réglage de température et réduire le temps de pressage. La température de préchauffage est limitée par la stabilité thermique du matériau de la tête de presse. Le temps et la température peuvent commodément être les mêmes que pour le préchauffage de la pellicule. Ainsi, la température peut se situer entre 100 et 200 C et le temps n'est pas limité. La Demanderesse préfère une température de 190 C pendant 3 minutes pour s'accorder avec la température de pressage et
avec les conditions de préchauffage de la pellicule.
Une fois que la surface du verre est complètement
mouillée par l'adhésif organique, l'assemblage est refroidi.
La pression est maintenue jusqu'à ce que le composite verre-
matière plastique se solidifie complètement. Cette température dépend des caractéristiques thermiques de
l'adhésif thermoplastique et n'est pas supérieure à 170 C.
On effectue typiquement le refroidissement à une température d'environ 145 C avant de relâcher la pression. Le composite verre-matière plastique peut alors être retiré de l'appareil et refroidi à la température ambiante. Dans le cas d'une lentille ophtalmique, on laisse en général l'article au repos pendant au moins 2 heures avant de le soumettre à un autre traitement tel qu'un débordage et un ajustage, bien
que cela ne soit pas essentiel.
L'invention est davantage décrite en regard des dessins annexes.
La Figure 2 est une vue en plan de dessus d'un dispositif, globalement désigné par 20, destiné à chauffer une pellicule organique adhésive 22. La pellicule 22 est
préchauffée avant d'être appliquée à un article de verre tel qu'un élément 12 de lentille ophtalmique. La pellicule 22 peut être un morceau de polyuréthanne thermodurci circulaire30 ou carré de 0,375 mm d'épaisseur, découpé dans une feuille extrudée ou coulée.
L'invention est décrite en considérant la matière que préfère la Demanderesse, le polyuréthanne. Cependant, on notera que d'autres matières polymères, comme le polyvinyl-35 butyral, peuvent lui être substituées. La pellicule 22 est fixée à un support 24 par des moyens connus, par exemple le serrage dans une pince. Le support 24 est représenté monté sur une glissière horizontale 26 qui conduit dans une étuve 28. Le support 24, avec la pellicule 22, peut être poussé dans l'étuve 28 pour être préchauffé avant son application à la surface concave de l'élément de lentille 12.
La Figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne 3-
3 de la Figure 2. Elle montre la pellicule 22 montée dans le support 24. La pellicule 22 est représentée sous forme d'une couche unique de matière plastique. Cependant, la matière résistante à l'abrasion dont est constituée la pellicule 22 peut ne pas être intrinsèquement adhésive. C'est le cas du polyuréthanne réticulé thermodurci que la Demanderesse utilise pour la pellicule 22. Dans ce cas, il est nécessaire d'appliquer une couche superficielle qui peut être rendue adhérente. Une telle couche est représentée comme une couche
adhésive 26 sur la Figure 6.
La couche adhésive 26 peut être une couche adhésive de polyuréthanne thermoplastique ayant une épaisseur d'environ 0,025 mm. Elle est appliquée à la couche de pellicule 22 de telle manière que la couche adhésive 26 vienne au contact d'une surface de verre, par exemple la surface arrière de l'élément de lentille 12, lorsque le
verre et la matière plastique sont assemblés.
La Figure 4 est une vue latérale schématique d'un
montage de tête de presse 30 et d'un système, globalement désigné par 38, pour le préchauffage de la tête de presse.
Le montage de tête de presse 30 est un composant classique représenté comme ayant une structure à bras transversal pour une opération verticale. En variante, il serait possible30 d'utiliser un montage à plongeur actionné par un système de leviers. Le montage de tête de presse 30 comporte une plaque mince 32 portée par une colonne verticale 34. La plaque 32
sert de support à la tête de presse 36. Cette dernière est35 formée d'une matière élastomère, de préférence une silicone déformable.
Le système 38 comprend un élément de base élastomère porté par un cylindre pneumatique 42, mobile verticalement. La surface supérieure 44 de l'élément de base présente une courbure concave similaire à la surface convexe 24 de la lentille 12. L'élément de base 40 est chauffé par un serpentin électrique encastré dans, ou lié à,
sa surface supérieure 44.
Pour le préchauffage, la tête de presse 36 est abaissée pour arriver tout près de la surface supérieure 44 de l'élément de base 40. Ainsi, elle est préchauffée selon un cycle temps-température prédéterminé, tel que décrit plus haut. La Figure 5 est une vue latérale schématique illustrant un système 46 destiné à exécuter l'opération de pressage de la pellicule organique 22 sur un article de verre. Le système 46 réunit la pellicule préchauffée 22, la tête de presse préchauffée 36 et le système de chauffage 38 pour l'application de la pellicule 22 à un article de verre 48. L'article 48 est représenté par un élément de lentille
ophtalmique qui correspond à l'élément 12 de la Figure 1.
Dans le système de pressage 46, le système 38 de la Figure 4 est modifié en élevant la tête de presse préchauffée 36 à l'écart de la surface supérieure 44 de l'élément de base 40
chauffé électriquement.
Facultativement, une membrane protectrice, de la nature d'une pellicule, peut être placée entre la pellicule 22 et la tête de presse 36. Cette membrane protectrice sert à minimiser la déformation et à éviter des défauts dans la lentille pressée obtenue comme produit. Elle évite que tous défauts existant éventuellement dans la tête de presse impriment des défauts optiques ou esthétiques dans la
lentille pressée obtenue comme produit. C'est particulièrement vrai lorsqu'on doit traiter des lentilles de différentes formes et tailles. Elle prolonge également la35 vie utile de la tête de presse en protégeant celle-ci contre un endommagement pendant le pressage.
La Demanderesse envisage l'utilisation d'une membrane protectrice sacrificielle, c'est-à-dire qui est enlevée et jetée après une ou plusieurs utilisations. Le matériau organique en feuille, servant à former la pellicule 22, est fournie le plus souvent avec un film protecteur sur ses deux faces. Ce film peut également être approprié comme membrane protectrice pour le pressage. Il est alors commode de détacher le film protecteur d'une surface de la pellicule 22 et de laisser le film protecteur sur l'autre surface pour
qu'il serve de membrane pour le pressage.
La membrane protectrice doit être une matière qui n'adhère pas ou qui adhère de façon détachable à la pellicule 22. Elle doit également être capable de résister
aux températures d'application pendant la durée du pressage.
Des matières appropriées comprennent des polyoléfines, des polyesters, des silicones et des polymères fluorés. Il est souhaitable que la membrane protectrice ne soit pas plus épaisse que nécessaire pour éviter la transmission de défauts de la tête de presse à la pellicule 22. La Demanderesse a constaté que les membranes d'une épaisseur de 0,05 à 0,25 mm sont efficaces. Leur finition doit évidemment être de qualité optique, au moins sur la face tournée vers
la pellicule 22.
Lorsque la membrane protectrice est fournie sur la pellicule 22, il est commode de monter ensemble la membrane et la pellicule 22 dans le cadre de support 24. Cependant,
il peut être avantageux dans certains cas de fournir la membrane protectrice séparément de la pellicule 22. Dans un tel cas, la membrane protectrice peut être montée sur un30 cadre séparé, similaire au cadre 24.
La Figure 6 est une vue latérale en coupe d'une forme préférée de matériau composite 50 servant à fournir la pellicule 22. Comme représenté, le composite 50 comprend une pellicule 22 munie d'une membrane protectrice 52 sur une face et d'une couche adhésive 26 stratifiée sur la face opposée. On notera que la couche adhésive 26 doit être pressée contre une surface de la lentille 48 pour établir une liaison. Ensuite, la membrane protectrice 52 est
détachée et jetée.
Pour commencer les opérations de pressage, l'élément de lentille 48 est placé, sa surface concave tournée vers le haut, sur une base élastomère 40 qui contient un élément de chauffage à température réglée. La pellicule 22, sous la forme du composite 50 et encadrée du support 24, est disposée au-dessus de l'élément de lentille 48. La tête de presse 36 est abaissée jusqu'à une position dans laquelle le nez de la tête de presse 36 se trouve juste au-dessus de la surface du composite 50. Pendant ce temps, l'élément de lentille 48 est soulevé pour entrer en contact avec le
composite 50 et la tête de presse 36.
L'assemblage formé par l'élément de lentille 48 et la pellicule 22 est soumis à une pression réglée en utilisant de concert le cylindre pneumatique 42, agissant contre la base 40, et le montage de tête de presse 30. La tête de presse 36 a une forme conique courbe conçue de telle manière que le centre, ou nez, de la tête de presse fasse entrer initialement la pellicule 22 en contact avec le centre de l'élément de lentille 48, de préférence le centre géométrique. La mise en contact se poursuit en appliquant la pellicule 22 vers le bord de la lentille. Une occlusion
d'air est ainsi évitée entre l'élément de lentille et la pellicule.
L'assemblage est maintenu sous pression et température réglées pendant un temps suffisant pour permettre un mouillage efficace du verre afin de réaliser une bonne liaison. Lorsque la couche adhésive 26 est présente sur la pellicule 22, le temps de maintien est
suffisant pour permettre un mouillage complet du verre par la couche adhésive 26 fondue. En général, il suffit d'un maintien à une pression de 1,9 bar et à une température de35 190 C pendant une période de 5 minutes.
Après l'étape de liaison, le courant est interrompu dans l'élément chauffant de la base 40 et le composite est admis à refroidir. La pression de liaison est maintenue jusqu'à ce que l'adhésif de polyuréthanne thermoplastique se solidifie, ce qui a typiquement lieu à 145 C environ. La pression est alors relâchée par abaissement de la base 40, élévation de la tête de presse 36, ou les deux. Le composite est alors retiré. Dans le cas d'une lentille, l'article peut être mis de côté pendant 2 heures ou plus avant d'être
soumis à un autre traitement.
Le composite est normalement inspecté pour la recherche de défauts après avoir été retiré de la base 40 et refroidi. Une seconde inspection peut être effectuée après un autre traitement, par exemple le débordage d'une lentille. Une caractéristique de la présente invention réside en ce qu'il est facile de récupérer la lentille de verre-matière plastique, ou autre article composite, si des défauts sont observés. A cet effet, le composite est plongé dans l'eau bouillante pendant une période d'environ 15 minutes. Ceci diminue l'adhérence de la matière plastique au verre à un degré suffisant pour que la pellicule 22 puisse
être facilement détachée de la surface du verre.
Un intérêt immédiat se présente pour les lentilles
ophtalmiques légères destinées au public de consommateurs.
La technique relativement simple de production d'une lentille composite permet à un opticien de produire la lentille sur place et sans délai. Elle permet également d'adapter la lentille à la demande. Par exemple, la pellicule de matière plastique peut être teintée, ce qui permet d'obtenir diverses couleurs et nuances. La pellicule peut être teintée à la fabrication, ou bien l'assemblage de
lentille terminé peut être teinté après l'opération de liaison. D'autres possibilités comprennent la possibilité de conférer des propriétés de polarisation et/ou d'absorption35 d'UV, soit à la pellicule de matière plastique, soit par une couche séparée appliquée sur le verre.
Il est également envisagé que l'invention trouve une
application dans des verres de sécurité industriels légers.
Ces verres sont relativement épais et donc lourds et inconfortables. Ceci est nécessaire pour répondre aux exigences rigoureuses de résistance au choc. Un potentiel d'application existe donc pour un verre composite léger destiné à cet usage. Bien que l'intérêt immédiat se concentre sur les articles à usage ophtalmique, il est évident que le procédé
est applicable à d'autres articles, tels que des verres de vision.

Claims (15)

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'un composite verre-
matière plastique, dans lequel une pellicule organique adhésive (22) tenace, résistante à l'abrasion, et un corps mince de verre (48) sont placés l'un contre l'autre et sont pressés ensemble pour faire adhérer la pellicule à la surface arrière du corps de verre, caractérisé en ce qu'il consiste à préchauffer la pellicule à une température à laquelle le solvant résiduel et/ou l'humidité résiduelle sont éliminés de la pellicule, à préchauffer une tête de presse (36) pour faciliter le réglage de température pendant le pressage, à presser ensemble la pellicule et le corps de verre pour former un composite verre-matière plastique, à maintenir le composite dans des conditions réglées de température et de pression pendant une certaine période de temps pour que l'adhésif organique mouille la surface du verre, et à refroidir le composite pour solidifier l'adhésif
organique et le faire adhérer à la surface du verre.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pellicule est préchauffée à une température comprise entre 100 et 170 C pendant une période de 1 à 6 minutes.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pellicule est préchauffée à une température
d'environ 160 C pendant environ 3 minutes.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tête de presse est préchauffée à une température comprise entre 100 et 200 C.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en
ce que la tête de presse est préchauffée à une température d'environ 190 C pendant une période d'environ 3 minutes.
6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps de verre est placé sur une base (40) chauffée qui est mobile verticalement, et le corps de verre35 est soulevé tandis que la tête de presse préchauffée est abaissée contre la pellicule pour presser ensemble la
pellicule et le verre.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la pellicule préchauffée et le verre sont pressés ensemble tout en étant maintenus à une pression de 0,69 à 3,8 bars et à une température de 100 à 210 C pendant 2 à 20 minutes pour assurer le mouillage de la surface du verre par
l'adhésif organique.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'assemblage de pellicule et verre est maintenu à une pression d'environ 1,9 bar et à une température d'environ
à 195 C pendant une période d'environ 5 à 12 minutes.
9. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le composite est maintenu sous pression tandis qu'il est refroidi jusqu'à une température inférieure à 145 C pour solidifier l'adhésif organique et le faire adhérer à la
surface du verre, puis la pression est relâchée.
10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pellicule est un polyuréthanne thermodurci ayant
une épaisseur de 0,25 à 0,50 mm.
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il consiste de plus à appliquer une couche adhésive de polyuréthanne thermoplastique (26) à la surface de la pellicule faisant face au verre.25
12. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste de plus à placer une membrane protectrice
(52) entre la pellicule et la tête de presse avant l'étape de pressage.
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la membrane protectrice est amenée à adhérer de façon détachable à la face extérieure de la pellicule et est
enlevée après le pressage.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est
appliqué à la production d'une lentille ophtalmique légère constituée essentiellement d'une pellicule organique adhésive tenace, résistance à l'abrasion, adhérant à la
surface arrière d'une lentille mince de verre.
15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il consiste de plus à teinter la pellicule de matière plastique dans le composite refroidi.
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