FR3113621A1 - Element vitre antisolaire avec reflexion diffuse - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un élément vitré, en particulier une structure de vitrage feuilleté qui comporte une surface microstructurée. La structure présente à la fois de bonnes performances optiques et thermiques, tout en garantissant une fonction d’écran. Il a été possible de maintenir une TL entre 4 et 10% avec une RL intérieure supérieure à 20% et des couleurs neutres. Le facteur solaire TTS est inférieur à 31%, voire inférieur à 28% et pour certains exemples proches de 18% ce qui donne une très bonne protection solaire dans l’habitacle.

Description

ELEMENT VITRE ANTISOLAIRE AVEC REFLEXION DIFFUSE
L’invention concerne les éléments vitrés antisolaires avec réflexion diffuse. Ils peuvent être constitués par exemple à base de verre ou de matériau organique polymérique. Ils sont susceptibles d’être utilisés pour toutes applications connues de vitrages, telles que pour véhicules, en particulier toit automobile, de bâtiments, mobilier urbain, ameublement intérieur, ou supports d’affichage ou écrans de projection, etc.
Les vitrages antisolaires doivent laisser passer une quantité suffisante de lumière tout en ne laissant pas passer la totalité du rayonnement solaire incident pour ne pas échauffer excessivement l’intérieur du véhicule ou du bâtiment.
Les éléments vitrés à réflexion diffuse permettent d’obtenir un écran de projection transparent. Des éléments vitrés à réflexion diffuse ont déjà été utilisés pour des façades de bâtiments ainsi que dans le domaine de l’automobile. Par exemple, l’intégration d’un écran dans un pare-brise a déjà été proposé.
Au sens de l’invention, un élément vitré à propriétés de réflexion diffuse est un élément qui donne lieu à une transmission spéculaire et une réflexion diffuse d’un rayonnement incident sur le vitrage. De manière usuelle, la réflexion est dite diffuse lorsqu’un rayonnement incident sur l’élément avec un angle d’incidence donné est réfléchi par l’élément dans une pluralité de directions. Au contraire, la réflexion par un élément est dite spéculaire lorsqu’un rayonnement incident sur l’élément avec un angle d’incidence donné est réfléchi par l’élément avec un angle de réflexion égal à l’angle d’incidence. De manière analogue, la transmission à travers un élément est dite diffuse lorsqu’un rayonnement incident sur l’élément avec un angle d’incidence donné est transmis par l’élément dans une pluralité de directions, tandis que la transmission à travers un élément est dite spéculaire lorsqu’un rayonnement incident sur l’élément avec un angle d’incidence donné est transmis par l’élément avec un angle de transmission égal à l’angle d’incidence.
Un élément transparent à propriétés de réflexion diffuse est décrit dans la demande de brevet WO 2012/104547 A1 au nom du demandeur. La transmission spéculaire provient de ce que les deux substrats externes ont des surfaces principales externes lisses et sont constitués en des matériaux ayant sensiblement le même indice de réfraction. La réflexion diffuse provient de ce que chaque surface de contact entre deux couches adjacentes d’indices de réfraction différents, est texturée. La réflexion diffuse présente l’avantage de ne pas renvoyer de reflets nets, ce qui réduit les risques d’éblouissement, par exemple lorsque des phares de véhicules se reflètent sur le vitrage.
Les éléments décrits dans les exemples présentent des transmissions lumineuses comprises entre 35 et 77%, ce qui ne correspond pas à la cible recherchée par la présente invention. Ces éléments ne sont pas antisolaires.
La demande WO2015/063418 A1 (FR 3012363) au nom du demandeur, décrit un élément en couches, transparent, à réflexion diffuse. Les éléments décrits comportent une surface texturée et comportent un élément absorbant qui permet de limiter la transmission lumineuse, et dès lors l’apport d’énergie et qui permet d’augmenter le contraste de l’écran. Un des buts de cette description est d’augmenter la netteté de la vision à travers le vitrage pour un observateur placé du côté le moins lumineux, et ainsi éviter la perception de flou ou de « vitrage sale ». Un des buts est également d’augmenter la réflexion intérieure (utile) par rapport à la réflexion extérieure (parasite). Ce document ne vise pas les vitrages antisolaires avec des facteurs solaires faibles.
Aucun des exemples décrits ne combinent les propriétés optiques recherchées dans la présente invention (une RL intérieure supérieure à 15% avec une TL très faible, inférieure à 12%)
Associer une fonction antisolaire performante et une fonction d’écran n’est pas chose aisée. La fonction antisolaire nécessite de maximiser la réflexion énergétique extérieure qui est liée à la réflexion lumineuse extérieure (RL). Alors que la fonction écran nécessite de maximiser le rapport RL intérieure / RL extérieure.
De plus, une très faible TL nécessite une fonction d’absorption qui est difficile à positionner sans perturber les autres exigences.
Dans le domaine des toits pour automobile, on connait le document US 2014/0377580. Il décrit des vitrages feuilletés antisolaires. Il comporte une couche de protection solaire sur la face interne du substrat extérieur (face 2), et une couche de protection de la chaleur sur la face interne du substrat intérieur (face 4) ; cette couche ayant également pour but de réduire la transmission lumineuse.
De manière conventionnelle, les faces d'un vitrage sont désignées à partir de l'extérieur du bâtiment et en numérotant les faces des substrats de l'extérieur vers l'intérieur de l'habitacle ou du local qu'il équipe. Cela signifie que la lumière solaire incidente traverse les faces dans l’ordre croissant de leur numéro. Dans le cas d’un vitrage feuilleté, on numérote toutes les faces des substrats transparents mais on ne numérote pas les faces des intercalaires de feuilletage. La face 1 est à l'extérieur du bâtiment et constitue donc la paroi extérieure du vitrage, la face 4 est à l'intérieur du bâtiment et constitue donc la paroi intérieure du vitrage, les faces 2 et 3 étant au contact de l’intercalaire de feuilletage.
Le vitrage décrit dans l’exemple de réalisation montre de hautes performances antisolaires (TE=3%) mais les propriétés optiques obtenues ne correspondent pas à la cible recherchée pour un élément vitré avec fonction d’écran, la RL int est de 3%, incompatible avec la fonction d’écran recherchée.
Le document WO2019/110172 décrit également des vitrages feuilletés à contrôle solaire, notamment pour toits automobiles. Il vise des performances thermiques élevées (TTS la plus faible possible) en combinaison avec une transmission lumineuse comprise entre 2 et 10% et une réflexion lumineuse intérieure constante de moins de 6%, voire inférieure à 4%, ce qui est incompatible avec une fonction d’écran.
La complexité des vitrages actuels et la spécificité des vitrages à réflexion diffuse pour projection rend difficile l’obtention conjointe de bonnes performances thermiques et une fonction d’écran.
Le but de l'invention est donc de pallier ces inconvénients en mettant au point un élément vitré, en particulier une structure de vitrage feuilleté,présentant à la fois de bonnes performances optiques et thermiques, tout en garantissant la fonction d’écran recherchée. Les performances optiques recherchées sont une transmission lumineuse comprise entre 2 et 15 %, de préférence comprise entre 4 et 10% (mesurée sous illuminant A et l’observateur CIExyz 2° 1931), une réflexion lumineuse intérieure supérieure à 13%, de préférence supérieure à 20% (mesurée sous illuminant A et l’observateur CIExyz 2° 1931) et un facteur solaire (TTS) inférieur à 32%, de préférence inférieur à 29% (mesuré selon la norme ISO9050).
Dans la suite de la description, le terme « fonctionnel » qualifiant « revêtement fonctionnel » signifie « pouvant agir sur le rayonnement solaire et/ou le rayonnement infrarouge ».
La sélectivité « S » permet d’évaluer la performance de ces vitrages. Elle correspond au rapport de la transmission lumineuse TLvisdans le visible du vitrage sur le facteur solaire FS du vitrage (S = TLvis/ FS). Le facteur solaire « FS ou g » correspond au rapport en % entre l'énergie totale entrant dans le local à travers le vitrage et l'énergie solaire incidente.
Sur le marché des vitrages automobiles, la performance de la fonction contrôle solaire est indiquée par la transmission solaire totale ou « TTS » (« Total solar transmittance » en anglais). C’est un paramètre similaire au facteur g mais calculé avec un illuminant différent et d’autres conditions extérieures (échange de convection, etc). Son calcul est décrit dans la norme ISO9050.
Des vitrages sélectifs connus comprennent des substrats transparents revêtus d'un revêtement fonctionnel comprenant un empilement de plusieurs couches fonctionnelles métalliques, chacune disposée entre deux revêtements diélectriques. Ces revêtements fonctionnels sont généralement obtenus par une succession de dépôts effectués par pulvérisation cathodique éventuellement assistée par champ magnétique.
La présente invention a pour objet une structure de vitrage feuilleté comprenant au moins deux substrats transparents séparés par un intercalaire de feuilletage, le premier substrat étant disposé du côté extérieur de la structure de vitrage et le deuxième substrat étant disposé du côté intérieur de la structure de vitrage, chaque substrat comprenant deux faces principales, caractérisée en ce qu’elle comprend :
- un revêtement fonctionnel ayant des propriétés de contrôle solaire ;
- au moins un élément absorbant ;
- au moins une surface microstructurée dont le Rdq est d’au moins 0,2°, de préférence d’au moins 1°, de préférence d’au moins 3°...,
- au moins un revêtement ayant des propriétés réfléchissantes déposé au contact de la surface microstructurée ;
la surface microstructurée étant disposée entre l’intercalaire de feuilletage et le deuxième substrat.
L’objet de l’invention couvre également le cas où le même revêtement remplit les propriétés de contrôle solaire et les propriétés réfléchissantes.
Par propriétés réfléchissantes, on entend réfléchissantes au moins dans le spectre visible mais le revêtement peut aussi réfléchir dans des longueurs d’onde supérieures et/ou inférieures.
Par Rdq, on entend la pente moyenne mesurée selon la norme ISO 4287.
La méthode de mesure des surface microstructurée est la suivante
Appareil et technique utilisée
L’appareil de mesure de la topographie du verre texturé est une station Micromesure 2 de la société STIL SA. La station est équipée d’un capteur (CCS PRIMA) d’imagerie chromatique confocale pour une mesure sans contact.
La tête de mesure est constituée d’un capteur confocal chromatique sans contact de référence Everest K1 dont les caractéristiques sont les suivantes :
  • Gamme de mesure 1 mm
  • Ouverture numérique 0.7
  • Angle de mesure maximum : +/-44°
  • Diamètre du faisceau 5 microns
  • Résolution axiale : 37 nanomètres
  • Précision : 75 nanomètres
Mesure et extraction du paramètre de rugosité Rdq
Surface mesurée 2mm x 2mm
Pas d’échantillonnage 1micron x 1 micron
Extraction des paramètres de rugosité (Rdq)
  • Logiciel de traitement des données : MOUNTAINS MAP V7.2 de la société Digital Surf
  • Filtrage gaussien passe bas avec une longueur de coupure de 15 microns (filtre les microrugosités)
  • Filtrage gaussien passe haut avec une longueur de coupure de 800 µm (filtre les ondulations)
  • Expression du paramètre Rdq selon la norme ISO 4287
Selon un mode particulier de l’invention, l’élément absorbant est disposé, par rapport à la surface microstructurée, vers le côté extérieur de la structure de vitrage.
En particulier, la surface microstructurée présente un Rdq inférieur à 15°, de préférence inférieur à 10°.
De manière préférée, l’élément absorbant présente une absorption minimum de 50%, de préférence de minimum 65%.
De préférence, le revêtement réfléchissant est disposé entre deux matériaux sensiblement de même indice de réfraction. Par sensiblement de même indice de réfraction, on entend que la différence entre les indices de réfraction à 550 nm est inférieure à 0,15, de préférence inférieure à 0,05 et de manière encore préférée inférieure à 0,015.
Avantageusement, le revêtement réfléchissant présente une RL supérieure à 5%, de préférence supérieure à 7% et de manière encore préférée supérieure à 10%.
Selon un mode de réalisation, le revêtement fonctionnel de contrôle solaire est disposé entre le premier substrat et l’intercalaire de feuilletage.
Selon un autre mode de réalisation, le revêtement fonctionnel est déposé au contact de la surface micro-texturée et constitue également le revêtement ayant des propriétés réfléchissantes.
Avantageusement, le revêtement fonctionnel comprend une ou plusieurs couches fonctionnelles métalliques, en particulier à base d’argent, chacune disposée entre deux revêtements diélectriques.
Selon certain mode de réalisation, la structure comporte en outre, un revêtement bas émissif, de préférence disposée sur la face principale du deuxième substrat, dirigée vers le côté intérieur de la structure (face 4).
Le revêtement bas émissif présente, en particulier, une émissivité inférieure à 36%, de préférence inférieure à 34%. Il peut comporter une couche conductrice transparente dont l’épaisseur est comprise entre 40 et 70 nm.
Le second substrat est de préférence un verre clair.
Selon certains modes de réalisation, le premier substrat est un élément absorbant, en particulier un verre teinté.
Selon d’autres modes de réalisation, l’élément intercalaire est un élément absorbant, en particulier teinté. Il n’est pas exclu que l’absorption soit réalisée à la fois par le premier substrat et par l’élément intercalaire.
La surface microstructurée peut être obtenue par exemple par l’une des méthodes suivantes : dépolissage à l’acide, sablage, par impression à chaud, par embossage, texturation par laser.
La surface microstructurée peut être réalisée sur le deuxième substrat (face 3 de la structure feuilletée) ou peut également consister en un film texturé déposé entre l’intercalaire de feuilletage et le deuxième substrat.
La structure selon l’invention présente en particulier :
- une transmission lumineuse comprise entre 2 et 15 %, de préférence comprise entre 4 et 10% ;
- un facteur solaire TTS compris entre 14 et 32%, de préférence compris entre 14 et 29%, et de manière encore préférée compris entre 16 et 25% ; et
- une réflexion lumineuse intérieure supérieure à 14% ; de préférence supérieur à 18% et de manière encore préférée supérieure à 20%.
Les substrats de la structure selon l’invention peuvent être en verre, notamment silico-sodo-calcique ou en matière organique polymérique.
De manière conventionnelle, les indices de réfraction sont mesurés à une longueur d’onde de 550 nm.
Les caractéristiques lumineuses suivantes sont mesurées selon l’illuminant A à 2° (CIE1931) perpendiculairement au vitrage (sauf indications contraires) :
- TL correspond à la transmission lumineuse dans le visible en %,
- Rext correspond à la réflexion lumineuse extérieure dans le visible en %, observateur côté espace extérieur,
- Rint correspond à la réflexion lumineuse intérieure dans le visible en %, observateur coté espace intérieur,
Les caractéristiques lumineuses suivantes sont mesurées selon l’illuminant D65 à 10° (CIE1964) perpendiculairement au vitrage (sauf indications contraires) :
- a*T et b*T correspondent aux couleurs en transmission a* et b* dans le système L*a*b*,
- a*Rext et b*Rext correspondent aux couleurs en réflexion a* et b* dans le système L*a*b*, observateur côté espace extérieur,
- a*Rint et b*Rint correspondent aux couleurs en réflexion a* et b* dans le système L*a*b*, observateur côté espace intérieur.
Le facteur TTS correspond à la quantité totale de chaleur transmise à travers le vitrage et est calculée selon la norme ISO9050. Enfin l’émissivité considérée ici est l’émissivité normale à 283 K et calculée selon la norme EN12898.
Le revêtement fonctionnel et/ou le revêtement bas émissif (« low E ») sont déposés par pulvérisation cathodique assistée par un champ magnétique (procédé magnétron). Selon ce mode de réalisation avantageux, toutes les couches des revêtements sont déposées par pulvérisation cathodique assistée par un champ magnétique.
A défaut de stipulation spécifique, les expressions « au-dessus » et « en-dessous » ne signifient pas nécessairement que deux couches et/ou revêtements sont disposés au contact l'un de l'autre. Lorsqu’il est précisé qu’une couche est déposée « au contact » d’une autre couche ou d’un revêtement, cela signifie qu’il ne peut y avoir une (ou plusieurs) couche(s) intercalée(s) entre ces deux couches (ou couche et revêtement).
Dans la présente description, sauf autre indication, l’expression « à base de », utilisée pour qualifier un matériau ou une couche quant à ce qu’il ou elle contient, signifie que la fraction massique du constituant qu’il ou elle comprend est d’au moins 50%, en particulier au moins 70%, de préférence au moins 90%.
Sauf mention contraire, les épaisseurs évoquées dans le présent document sans autres précisions sont des épaisseurs physiques, réelles ou géométriques dénommées et sont exprimées en nanomètres (et non pas des épaisseurs optiques). L’indice de réfraction étant une valeur adimensionnelle, on peut considérer que l’unité de l’épaisseur optique est celle choisie pour l’épaisseur physique.
Selon l’invention, un revêtement diélectrique correspond à une séquence de couches comprenant au moins une couche diélectrique. Si un revêtement diélectrique est composé de plusieurs couches diélectriques, l‘épaisseur optique du revêtement diélectrique correspond à la somme des épaisseurs optiques des différentes couches diélectriques constituant le revêtement diélectrique.
Selon l’invention, une couche absorbante qui absorbe le rayonnement solaire dans la partie visible du spectre est une couche qui absorbe certaines longueurs d’onde dans le visible. L’indice optique d’une couche absorbante peut être décomposé en une partie réelle et une partie imaginaire. La partie réelle, n, correspond à l’indice de réfraction. La partie imaginaire ou facteur d’atténuation k, est liée à l’absorption de la lumière par la couche.
Selon l’invention :
- la réflexion lumineuse correspond à la réflexion du rayonnement solaire dans la partie visible du spectre,
- la transmission lumineuse correspond à la transmission du rayonnement solaire dans la partie visible du spectre,
- l’absorption lumineuse correspond à l’absorption du rayonnement solaire dans la partie visible du spectre.
Le revêtement fonctionnel peut comprendre une ou plusieurs couches fonctionnelles métalliques, de préférence à base d’argent, chacune disposée entre deux revêtements diélectriques. Le revêtement fonctionnel peut notamment comprendre une, deux, trois ou quatre couches fonctionnelles métalliques. Selon ces modes de réalisation :
- le revêtement fonctionnel comprend au moins une couche métallique fonctionnelle à base d'argent, ou
- le revêtement fonctionnel comprend au moins deux couches métalliques fonctionnelles à base d'argent, ou
- le revêtement fonctionnel comprend au moins trois couches métalliques fonctionnelles à base d'argent.
Les couches fonctionnelles métalliques à base d’argent comprennent au moins 95,0 %, de préférence au moins 96,5 % et mieux au moins 98,0 % en masse d’argent par rapport à la masse de la couche fonctionnelle. De préférence, une couche métallique fonctionnelle à base d’argent comprend moins de 1,0 % en masse de métaux autres que de l’argent par rapport à la masse de la couche métallique fonctionnelle à base d’argent.
De préférence, les épaisseurs des couches métalliques fonctionnelles sont sensiblement identiques.
L’empilement peut comprendre en outre au moins une couche de blocage située au contact d’une couche métallique fonctionnelle.
Les couches de blocage ont traditionnellement pour fonction de protéger les couches fonctionnelles d’une éventuelle dégradation lors du dépôt du revêtement antireflet supérieur et lors d’un éventuel traitement thermique à haute température, du type recuit, bombage et/ou trempe.
Les couches de blocage sont choisies parmi les couches métalliques à base d'un métal ou d'un alliage métallique, les couches de nitrure métallique, les couches d’oxyde métallique et les couches d’oxynitrure métallique d’un ou plusieurs éléments choisis parmi le titane, le nickel, le chrome et le niobium telles qu’une couche de Ti, TiN, TiOx, Nb, NbN, Ni, NiN, Cr, CrN, NiCr, NiCrN. Lorsque ces couches de blocage sont déposées sous forme métallique, nitrurée ou oxynitrurée, ces couches peuvent subir une oxydation partielle ou totale selon leur épaisseur et la nature des couches qui les entourent, par exemple, au moment du dépôt de la couche suivante ou par oxydation au contact de la couche sous-jacente.
Selon des modes de réalisation avantageux de l’invention, la ou les couches de blocage satisfont une ou plusieurs des conditions suivantes :
- chaque couche métallique fonctionnelle est au contact d’au moins une couche de blocage choisie parmi une sous-couche de blocage et une surcouche de blocage, et/ou
- chaque couche métallique fonctionnelle est au contact d’une surcouche de blocage, et/ou
- l’épaisseur de chaque couche de blocage est d’au moins 0,1 nm, de préférence comprise entre 0,2 et 2,0 nm.
Les couches diélectriques des revêtements présentent les caractéristiques suivantes seules ou en combinaison :
- elles sont déposées par pulvérisation cathodique assistée par champ magnétique,
- elles sont choisies parmi les oxydes ou nitrures d’un ou plusieurs éléments choisi(s) parmi le titane, le silicium, l’aluminium, le zirconium, l’étain et le zinc,
- elles ont une épaisseur supérieure à 2 nm, de préférence comprise entre 4 et 100 nm.
Selon des modes de réalisation avantageux de l’invention, les revêtements diélectriques des revêtements fonctionnels satisfont une ou plusieurs des conditions suivantes :
- les couches diélectriques peuvent être à base d’oxyde ou de nitrure d’un ou plusieurs éléments choisis parmi le silicium, le zirconium, le titane, l’aluminium, l’étain, le zinc, et/ou
- au moins un revêtement diélectrique comporte au moins une couche diélectrique à fonction barrière, et/ou
- chaque revêtements diélectrique comporte au moins une couche diélectrique à fonction barrière, et/ou
- les couches diélectriques à fonction barrière sont à base de composés de silicium et/ou d’aluminium choisis parmi les oxydes tels que SiO2et Al2O3, les nitrures de silicium Si3N4et AlN et les oxynitrures SiOxNyet AlOxNy, à base d’oxyde de zinc et d’étain ou à base d’oxyde de titane,
- les couches diélectriques à fonction barrière sont à base de composés de silicium et/ou d’aluminium comprennent éventuellement au moins un autre élément, comme l’aluminium, le hafnium et le zirconium, et/ou
- au moins un revêtement diélectrique comprend au moins une couche diélectrique à fonction stabilisante, et/ou
- chaque revêtement diélectrique comprend au moins une couche diélectrique à fonction stabilisante, et/ou
- les couches diélectriques à fonction stabilisante sont de préférence à base d’oxyde choisi parmi l’oxyde de zinc, l’oxyde d'étain, l’oxyde de zirconium ou un mélange d'au moins deux d'entre eux, et/ou
- les couches diélectriques à fonction stabilisante sont de préférence à base d’oxyde cristallisé, notamment à base d’oxyde de zinc, éventuellement dopé à l’aide d’au moins un autre élément, comme l’aluminium, et/ou
- chaque couche fonctionnelle est au-dessus d’un revêtement diélectrique dont la couche supérieure est une couche diélectrique à fonction stabilisante, de préférence à base d’oxyde de zinc et/ou en-dessous d’un revêtement diélectrique dont la couche inférieure est une couche diélectrique à fonction stabilisante, de préférence à base d’oxyde de zinc.
De préférence, chaque revêtement comporte au moins une couche diélectrique constituée :
- d’un nitrure ou d’un oxynitrure d’aluminium et/ou de silicium ou
- d’un oxyde mixte de zinc et d’étain, ou
- d’un oxyde de titane.
Ces couches diélectriques ont une épaisseur :
- inférieure ou égale à 40 nm, inférieure ou égale à 30 nm ou inférieure ou égale à 25 nm, et/ou
- supérieure ou égale à 5 nm, supérieure ou égale à 10 nm ou supérieure ou égale à 15 nm.
Le revêtement fonctionnel peut éventuellement comprendre une couche supérieure de protection.
La couche de protection peut être choisie parmi une couche de titane, de zirconium, d’hafnium, de zinc et/ou d’étain, ce ou ces métaux étant sous forme métallique, oxydée ou nitrurée.
Les substrats transparents selon l’invention sont de préférence en un matériau rigide minéral, comme en verre, ou organiques à base de polymères (ou en polymère).
Les substrats transparents organiques selon l’invention peuvent également être en polymère, rigides ou flexibles. Des exemples de polymères convenant selon l’invention comprennent, notamment :
- le polyéthylène,
- les polyesters tels que le polyéthylène téréphtalate (PET), le polybutylène téréphtalate (PBT), le polyéthylène naphtalate (PEN) ;
- les polyacrylates tels que le polyméthacrylate de méthyle (PMMA) ;
- les polycarbonates ;
- les polyuréthanes ;
- les polyamides ;
- les polyimides ;
- les polymères fluorés comme les fluoroesters tels que l’éthylène tétrafluoroéthylène (ETFE), le polyfluorure de vinylidène (PVDF), le polychlorotrifluorethylène (PCTFE), l’éthylène de chlorotrifluorethylène (ECTFE), les copolymères éthylène-propylène fluores (FEP) ;
- les résines photoréticulables et/ou photopolymérisables, telles que les résines thiolène, polyuréthane, uréthane-acrylate, polyester-acrylate et
- les polythiouréthanes.
Le substrat est de préférence une feuille de verre. Le verre est de préférence de type silico-sodo-calcique, mais il peut également être en verre de type borosilicate ou alumino-borosilicate.
Les substrats peuvent subir un traitement thermique à température élevée tel qu’un recuit, par exemple par un recuit flash tel qu’un recuit laser ou flammage, une trempe et/ou un bombage. La température du traitement thermique est supérieure à 400 °C, de préférence supérieure à 450 °C, et mieux supérieure à 500°C.
Selon des modes de réalisation avantageux, le vitrage feuilleté selon l’invention permet d’atteindre notamment les performances suivantes :
- un facteur solaire TTS inférieur ou égal à 32 %, de préférence inférieur à 25 %, ; et/ou
- une transmission lumineuse comprise entre 2 et 15%, de préférence comprise entre 5 % et 10 %; et/ou
- une réflexion lumineuse côté intérieur supérieure ou égale à 13%, de préférence supérieure ou égale à 20 % ; et/ou
- des valeurs de a* et b* en réflexion extérieure comprise, par ordre de préférence croissant, entre -10 et +5, entre -8 et +3, entre -6 et 0 ; et/ou
- des valeurs de a* et b* en réflexion intérieure comprise, par ordre de préférence croissant, entre -10 et +5, entre -6 et +5, entre -3 et +1 ; et/ou
- des valeurs de a* et b* en transmission comprise, par ordre de préférence croissant, entre -10 et +5, entre -8 et +1, entre -6 et 0.
Les détails et caractéristiques avantageuses de l’invention ressortent des exemples non limitatifs suivants.
Exemples
Exemple comparatif 1
Une structure vitrée a été réalisée avec les éléments suivants :
  • Un premier substrat en verre clair de 2 mm d’épaisseur est destiné à être positionné vers l’extérieur de l’habitacle. Pour les propriétés de contrôle solaire, un empilement de couches minces mono Ag, a été déposé par magnétron sur la face destinée à être tournée vers l’intérieur de la structure (face 2). L’empilement comporte une couche diélectrique Si3N4(52 nm)/ une couche métallique d’Ag (12,6 nm) / une couche de blocage NiCr (7,3nm)/ une couche diélectrique Si3N4(71,2 nm).
  • Un deuxième substrat de 2 mm d’épaisseur, en verre teinté, dont la TL pour une épaisseur de 4 mm est de 10%, est destiné à être positionné vers l’intérieur de l’habitacle. Ce substrat est texturé sur sa face principale tournée vers l’intérieur de la structure, de telle sorte que le Rdq soit de 4,1° La méthode de micro-texturation consiste en une attaque acide du substrat de verre.
  • Les deux substrats sont feuilletés de manière traditionnelle, à l’aide d’un intercalaire de type PVB traditionnel clair (épaisseur 0.76 mm).
Exemple comparatif 2
La même structure qu’à l’exemple 1 est réalisée, à l’exception de l’intercalaire de feuilletage qui est remplacé par un intercalaire de type PVB teinté dont la transmission lumineuse est de 28% lorsqu’il est feuilleté entre deux verres clairs de 2 mm d’épaisseur.
Les épaisseurs des couches minces du revêtement de contrôle solaire sont adaptées pour que la TL de l’ensemble de la structure reste entre 5 et 10 % et que les couleurs restent neutres. L’empilement comporte :
Si3N4(12,8 nm)/ Ag (9,3 nm) / NiCr (0,1 nm)/ Si3N4(50,2 nm).
Exemple comparatif 3
Une structure vitrée a été réalisée avec les éléments suivants :
  • Un premier substrat de 2 mm d’épaisseur, en verre teinté dont la TL pour une épaisseur de 4 mm est de 10% est destiné à être positionné vers l’extérieur de l’habitacle.
  • Pour les propriétés de contrôle solaire, un empilement de couches minces mono Ag, a été déposé par magnétron sur la face destinée à être tournée vers l’intérieur de la structure (face 2). L’empilement comporte :
Si3N4(13,6 nm)/ Ag (6,8 nm) / NiCr (5,9 nm)/ Si3N4(52,6 nm).
  • Le deuxième substrat de 2 mm d’épaisseur est en verre clair. Ce substrat est texturé sur sa face principale tournée vers l’intérieur de la structure de telle sorte que le Rdq soit de 4,1°. La méthode de micro-texturation consiste en une attaque acide du substrat de verre.
  • Les deux substrats sont feuilletés de manière traditionnelle, à l’aide d’un intercalaire de type PVB clair traditionnel.
Exemple comparatif 4:
La même structure qu’à l’exemple comparatif 3 est réalisée.
Un empilement comportant une couche low E de type ITO (« Indium Tin Oxide » ou oxyde d’indium-étain) de 55 nm d’épaisseur, protégée par des revêtements diélectriques, est déposé sur la face opposée à la face microstructurée. L’émissivité de l’empilement est de 33%.
Les épaisseurs des couches minces du revêtement de contrôle solaire sont adaptées pour que la TL de l’ensemble de la structure reste entre 5 et 10 % et que les couleurs restent neutres.
L’empilement comporte : Si3N4(21,4 nm)/ Ag (5,9 nm) / NiCr (6,3 nm Si3N4(42,9 nm).
Le tableau 1 ci-dessous liste les principales caractéristiques optiques des structures obtenues selon les exemples comparatifs.
EX C1 Ex C2 Ex C3 Ex C4
TL (%) 8,0 7,2 10,0 10,0
RL int (%) 6,6 4,3 13,7 13,3
RL ext (%) 44,6 15,4 7,7 7,1
Rdq (°) 4,1° 4,1° 4,1° 4,1°
a* T -3,2 -0,5 -3,3 -3,4
b* T 4,9 -1,9 -0,4 -1,1
a*Rext 0,9 1,7 -1,0 -0,6
b*Rext -2,0 0,1 1,5 1,5
a*Rint -1,3 0,0 4,4 3,8
b*Rint -1,2 -0,5 1,8 3,6
a*Rext 60° 1,5 2,5 -0,5 -0,3
b*Rext 60° -1,2 0,2 0,4 0,4
TTS (%) 17,0 24,3 30,2 23,9
Les structures réalisées permettent de maintenir une TL entre 5 et 10% et des couleurs neutres. Cependant on constate que les valeurs de RL intérieure sont inférieures à 14%, trop faibles pour procurer une fonction écran. Dans ces 4 exemples, il n’y a pas de couche réfléchissante en face #3 ce qui limite effectivement les valeurs de RL intérieure atteignables.
Exemples selon l’invention
Exemple 1
Une structure vitrée a été réalisée avec les éléments suivants :
  • Un premier substrat de 2 mm d’épaisseur, en verre teinté dont la TL pour une épaisseur de 4 mm est de 10%, est destiné à être positionné vers l’extérieur de l’habitacle.
  • Pour les propriétés de contrôle solaire, un empilement de couches minces a été déposé par magnétron sur la face 2 (destinée à être tournée vers l’intérieur de la structure) de ce premier substrat. L’empilement comporte :
Si3N4(26,2 nm)/ Ag (5,3 nm) / NiCr (6,2 nm)/ Si3N4(45,5 nm).
  • Un deuxième substrat de 2 mm d’épaisseur, en verre clair, est destiné à être positionné vers l’intérieur de l’habitacle. Ce substrat est texturé sur sa face principale tournée vers l’intérieur de la structure, de telle sorte que le Rdq soit de 4,1°. La méthode de micro-texturation consiste en une attaque acide du substrat de verre.
  • Une couche d’oxyde de titane (TiO2) de 60 nm d’épaisseur est déposée, de manière conforme, sur la surface microtexturée du deuxième substrat. La couche a une épaisseur constante de telle sorte qu’elle épouse la texture du substrat.
  • Les deux substrats sont feuilletés de manière traditionnelle, à l’aide d’un intercalaire de type PVB clair traditionnel.
Exemple 2
La même structure qu’à l’exemple 1 selon l’invention, est réalisée à l’exception de l’intercalaire de feuilletage qui est remplacé par un PVB teinté dont la transmission lumineuse est de 28% lorsqu’il est feuilleté entre deux verres clairs de 2 mm d’épaisseur.
Les épaisseurs des couches minces du revêtement de contrôle solaire sont adaptées de telle sorte que l’empilement comporte :
Si3N4(55,8 nm) / Ag (5,2 nm) / NiCr (0,1 nm) / Si3N4(47,4 nm).
Exemple 3
La même structure qu’à l’exemple 1 selon l’invention est réalisée.
Un empilement comportant une couche low E de type ITO de 55 nm d’épaisseur, protégée par des revêtements diélectriques, est déposé sur la face opposée à la face microstructurée. L’émissivité de l’empilement est de 33%.
L’empilement du revêtement de contrôle solaire comporte :
Si3N4(19,7 nm) / Ag (7,1 nm) / NiCr (4,9 nm) / Si3N4(58,0 nm).
Exemple 4
La même structure qu’à l’exemple 2 selon l’invention est réalisée
Un empilement comportant une couche low E de type ITO de 55 nm d’épaisseur, protégée par des revêtements diélectriques, est déposé sur la face opposée à la face microstructurée. L’émissivité de l’empilement est de 33%.
L’empilement de contrôle solaire comporte :
Si3N4(37,8 nm) / Ag (5,2 nm) / NiCr (0,1 nm) / Si3N4(45,3 nm).
Exemple 5
Une structure vitrée a été réalisée avec les éléments suivants :
  • Pour les propriétés de contrôle solaire, un empilement de couches minces mono-Ag, a été déposé par magnétron sur la face 2 du premier substrat de 2 mm d’épaisseur, en verre clair, destiné à être positionné vers l’extérieur de l’habitacle. L’empilement comporte :
Si3N4(50,2 nm)/ Ag (7,4 nm) / NiCr (7,3 nm)/ Si3N4(15,1 nm).
  • Le deuxième substrat de 2 mm d’épaisseur est en verre clair. Ce substrat est texturé sur une face de telle sorte que le Rdq soit de 4,1°. La méthode de micro-texturation consiste en une attaque acide du substrat de verre.
  • Une couche d’oxyde de titane (TiO2) de 60 nm d’épaisseur est déposée, de manière conforme, sur la surface microtexturée du deuxième substrat. La couche a une épaisseur constante de telle sorte qu’elle épouse la texture du substrat.
  • Un empilement comportant une couche low E de type ITO de 55 nm d’épaisseur, protégée par des revêtements diélectriques, est déposé sur la face opposée à la face microstructurée. L’émissivité de l’empilement est de 33%.
  • Les deux substrats sont feuilletés de manière traditionnelle, à l’aide d’un intercalaire de type PVB teinté dont la transmission lumineuse est de 28% lorsqu’il est feuilleté entre deux verres clairs de 2 mm d’épaisseur.
Exemple 6
La même structure qu’à l’exemple 5 selon l’invention est réalisée même avec un revêtement antisolaire bi-Ag. L’empilement comporte :
Si3N4(50,4 nm)/ Ag (5,5 nm) / NiCr (4,8 nm)/ Si3N4(27,3 nm)/ Ag (6,0 nm) / NiCr (1,4 nm) / Si3N4(24,1 nm).
Exemple 7
La même structure qu’à l’exemple 6 selon l’invention est réalisée en remplaçant la couche de TiO2par une couche de SiZrN de 60 nm.
L’empilement comporte : Si3N4( 67,3 nm)/ Ag (6,1 nm) / NiCr (3,0 nm) / Si3N4( 35,2 nm) / Ag ( 9,8 nm) / NiCr (0,6 nm)/ Si3N4(42,3 nm).
Exemple 8
Une structure vitrée a été réalisée avec les éléments suivants :
  • Le premier substrat destiné à être positionné vers l’extérieur de l’habitacle est un verre teinté de 2 mm d’épaisseur dont la TL pour une épaisseur de 4 mm est de 10%.
  • Un empilement de couches minces mono-Ag, a été déposé par magnétron sur la surface microstructurée du second substrat de 2 mm d’épaisseur, en verre clair (face 3). L’empilement comporte :
Si3N4(37,1 nm)/ Ag (7,0 nm) / NiCr (10,2 nm) / Si3N4(48,1 nm).
Ce revêtement remplit à la fois la fonction de contrôle solaire et de couche réfléchissante.
  • Les deux substrats sont feuilletés de manière traditionnelle, à l’aide d’un intercalaire de type PVB clair.
Exemple 9
La même structure qu’à l’exemple 8 est réalisée.
Pour les propriétés de contrôle solaire et de couche réfléchissante, un empilement bi-Ag a été utilisé :
Si3N4( 49,1 nm)/ Ag (5,5 nm) / NiCr (8,6 nm) / Si3N4(48,4 nm) / Ag ( 8,9 nm) / NiCr (0,3 nm) / Si3N4(37,6 nm).
Résultats
Le tableau 2 ci-dessous liste les principales caractéristiques optiques des structures selon l’invention obtenues.
E x 1 Ex 2 Ex 3 Ex 4 Ex 5 Ex 6 Ex 7 Ex 8 Ex 9
TL (%) 8,7 6,5 9,5 6,4 6,4 5,7 7,1 6,9 5,1
RL int (%) 28,3 22,0 25,0 20,1 22,0 21,6 21,8 37,6 22,9
RL ext (%) 7,1 4,9 7,6 4,9 25 20 25 6,6 7,9
Rdq (°) 4,1° 4,1° 4,1° 4,1° 4,1° 4,1° 4,1° 4,1° 4,1°
a* T -2,7 0,0 -2,6 0,2 0,7 0,4 0,2 -3,7 -4,3
b* T -2,1 -1,9 0,3 -1,6 -6,0 -7,8 -5,4 -1,9 -3,7
a*Rext -0,8 0,1 -1,3 -0,3 3,8 4,6 -0,6 -0,1 -0,1
b*Rext 1,5 -1,4 1,6 -0,7 1,7 1,3 -0,7 1,2 3,3
a*Rint -0,7 -3,3 -2,3 -4,4 -3,6 -3,7 -3,2 2,1 4,0
b*Rint 5,7 2,9 -1,5 -0,7 -1,2 0,0 -0,1 5,0 3,3
a*Rext 60° -0,4 0,0 -0,6 -0,1 3,3 4,1 1,2 -0,2 -0,2
b*Rext 60° 0,4 -0,6 0,3 -0,6 3,5 4,3 -1,1 0,5 1,5
TTS (%) 29,9 30,9 23,7 24,1 18,3 17,8 18,0 28,0 27,5
On constate qu’il a été possible de maintenir une TL entre 4 et 10% avec une RL intérieure supérieure à 20% et des couleurs neutres. Le facteur solaire TTS est inférieur à 31%, voire inférieur à 28% et pour certains exemples proches de 18% ce qui donne une très bonne protection solaire dans l’habitacle.
D’autres variantes sont bien sur envisageables, comme des couches de contrôle solaire tri-Ag, d’autres méthode de texturation, ... La surface microtexturée ne doit pas nécessairement être réalisée sur un des deux substrats. Elle pourrait être apportée par un substrat intermédiaire transparent, situé entre le second substrat (positionné à l’intérieur du vitrage) et l’intercalaire de feuilletage. Dans ce cas, un deuxième intercalaire de feuilletage ou une colle, résine ou un autre adhésif connu peut être nécessaire pour relier mécaniquement le substrat intermédiaire et le second substrat. Le substrat intermédiaire est généralement plus fin que les substrats externes, sans limitation cependant.
Le substrat intermédiaire transparent peut être constitué, notamment, en polymère transparent, verre transparent, céramique transparente. Lorsque le substrat transparent est constitué en polymère, il peut être rigide ou flexible. Dans un mode de réalisation préférentiel de l’invention, le substrat intermédiaire est constitué d’un polymère flexible.
La texturation de l'une des surfaces principales du substrat transparent peut être obtenue par tout procédé connu de texturation, par exemple par embossage de la surface du substrat préalablement chauffée à une température à laquelle il est possible de la déformer, en particulier par laminage au moyen d'un rouleau ayant à sa surface une texturation complémentaire de la texturation à former sur le substrat ; par abrasion au moyen de particules ou de surfaces abrasives, en particulier par sablage ; par traitement chimique, notamment traitement à l'acide dans le cas d'un substrat en verre ; par moulage, notamment moulage par injection dans le cas d'un substrat en polymère thermoplastique ; par gravure.
Le vitrage ne doit pas nécessairement être transparent.
Il n’est pas nécessaire que la structure micro-texturée soit planarisée par l’intercalaire de feuilletage, des résines ou revêtements sol-gel peuvent être utilisés. Dans le cas où la surface micro-texturée n’est pas planarisée par l’intercalaire de feuilletage, la planarisation de la surface micro-texturée peut être assurée par une couche de matériau durcissable, déposée sur la surface principale texturée de la couche réfléchissante en étant initialement dans un état visqueux adapté à des opérations de mise en forme. Un tel matériau peut être un vernis, un matériau photoréticulable et/ou photopolymérisable tel qu’une résine (comme celles habituellement utilisées comme adhésifs, colles ou revêtements de surface) ou un matériau sol-gel.

Claims (20)

  1. Structure de vitrage feuilleté comprenant au moins deux substrats transparents séparés par un intercalaire de feuilletage, le premier substrat étant disposé du côté extérieur de la structure de vitrage et le deuxième substrat étant disposé du côté intérieur de la structure de vitrage, chaque substrat comprenant deux faces principales, caractérisée en ce qu’elle comprend :
    - un revêtement fonctionnel ayant des propriétés de contrôle solaire ;
    - au moins un élément absorbant;
    - au moins une surface microstructurée dont le Rdq est d’au moins 0,2°, de préférence d’au moins 1°, de préférence d’au moins 3°,
    - au moins un revêtement ayant des propriétés réfléchissantes déposé au contact de la surface microstructurée ;
    la surface microstructurée étant disposée entre l’intercalaire de feuilletage et le deuxième substrat.
  2. Structure selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l’élément absorbant est disposé, par rapport à la surface microstructurée, vers le côté extérieur de la structure de vitrage.
  3. Structure selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la surface microstructurée présente un Rdq inférieur à 15°, de préférence inférieur à 10°.
  4. Structure selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’élément absorbant présente une absorption minimum de 50%, de préférence de minimum 65%.
  5. Structure selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le revêtement réfléchissant est disposé entre deux matériaux sensiblement de même indice de réfraction.
  6. Structure selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le revêtement réfléchissant présente une RL supérieure à 5%, de préférence supérieure à 7% et de manière encore préférée supérieure à 10%.
  7. Structure selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le revêtement fonctionnel de contrôle solaire est disposé entre le premier substrat et l’intercalaire de feuilletage.
  8. Structure selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le revêtement fonctionnel est déposé au contact de la surface microstructurée et constitue également le revêtement ayant des propriétés réfléchissantes.
  9. Structure selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le revêtement fonctionnel comprend une ou plusieurs couches fonctionnelles métalliques, en particulier à base d’argent, chacune disposée entre deux revêtements diélectriques.
  10. Structure selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comporte en outre, un revêtement bas émissif, de préférence disposée sur la face principale du deuxième substrat, dirigée vers le côté intérieur de la structure (face 4).
  11. 11. Structure selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le revêtement bas émissif présente une émissivité inférieure à 36%, de préférence inférieure à 34%.
  12. 12. Structure selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le revêtement bas émissif comporte une couche conductrice transparente dont l’épaisseur est comprise entre 40 et 70 nm.
  13. 13. Structure selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le second substrat est un verre clair.
  14. 14. Structure selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le premier substrat est un élément absorbant, en particulier un verre teinté.
  15. 15. Structure selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’élément intercalaire est un élément absorbant, en particulier teinté.
  16. 16. Structure selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la surface microstructurée est obtenue par l’une des méthodes suivantes : dépolissage à l’acide, sablage, par impression à chaud, par embossage, texturation par laser.
  17. 17. Structure selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la surface microstructurée consiste en un film texturé déposé entre l’intercalaire de feuilletage et le deuxième substrat.
  18. 8Structure selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle présente une transmission lumineuse comprise entre 2 et 15 %, de préférence comprise entre 4 et 10%.
  19. 9 Structure selon l’une quelconque des revendications précédente, caractérisée en ce qu’elle présente un facteur solaire TTS compris entre 14 et 32%, de préférence compris entre 14 et 29%, et de manière encore préférée compris entre 16 et 25%.
  20. 0 Structure selon l’une quelconque des revendications précédente, caractérisée en ce que la réflexion lumineuse intérieure est supérieure à 14% ; de préférence supérieur à 18% et de manière encore préférée supérieure à 20%.
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