Titre : Film souple sensiblement transparent et son procédé de fabrication

Domaine de l’invention

L’invention concerne le domaine des films souples sensiblement transparents à la lumière visible, à base de matériaux polymères. L’invention vise plus particulièrement un film sensiblement transparent et présentant une bonne aptitude au vieillissement, souple, enroulable, destiné à remplacer une paroi rigide de verre typiquement au sein d’une structure modulaire, et présentant une bonne résistance au feu et aux UV, ainsi qu’un faible retrait à la chaleur, un faible allongement sous charge, et une forte résistance à la traction.

Etat antérieur de la technique

On connaît des films souples ou rigides en matériau polymère destinés à remplacer une paroi de verre dans une structure modulaire en assurant la fonction de transmission du rayonnement lumineux. Ces films sont tout particulièrement adaptés pour des structures modulaires telles que des tentes événementielles, voire pour des stores ou des pergolas. Ils peuvent avantageusement comprendre du poly(chlorure de vinyle) (PVC) sensiblement transparent.

Cependant, ces films présentent de nombreux inconvénients, notamment par leur relative fragilité mécanique, l’allongement sous charge et/ou la retrait à la chaleur étant trop importants). Cela pose un problème de perte d’esthétique de la structure, par exemple le film se déformant lors du soudage lorsqu’il est assemblé par haute fréquence. De plus, les normes au feu, de plus en plus restrictives pour ces structures, sont difficilement respectées.

Ainsi, un premier objectif de l’invention est de réaliser un film souple sensiblement transparent, enroulable, présentant une bonne résistance au feu, aux UV, et à l’abrasion, ainsi qu’un faible retrait à la chaleur et un faible allongement sous charge.

Par ailleurs, les films souples sensiblement transparents en PVC présentent un problème de résistance aux UV sur la durée (ou aptitude au vieillissement), en particulier par perte de transparence au fil du temps en se colorant sensiblement (jaunissement), ce qui est rédhibitoire d’un point de vue commercial.

Ainsi, un second objectif de l’invention est de pouvoir réaliser des films souples sensiblement transparents ne perdant pas leur transparence sur une certaine période de temps (quelques mois, typiquement 1 à 2 ans).

Il n’existe donc pas de solution satisfaisante à l’heure actuelle permettant de pallier les problèmes de la technique antérieure. Un besoin subsiste de disposer d’un film sensiblement transparent, souple enroulable, et présentant une bonne résistance au feu et à l’abrasion, ainsi qu’un faible retrait à la chaleur et un faible allongement sous charge, tout en présentant une bonne résistance aux UV.

L’invention consiste à pallier les problèmes de l’état de la technique, en proposant un film souple sensiblement transparent, ainsi qu’un procédé de fabrication d’un tel film.

Exposé de l’invention

Selon un premier aspect, l’invention concerne un film souple multicouche sensiblement transparent, comprenant une couche de polyester (ou PET) intercalée entre deux couches de Poly(chlorure de vinyle) (PVC) (2) ignifugées, ledit film (1) étant caractérisé en ce que chaque couche de PVC (2) comprend de 25 à 45% de plastifiant, en poids par rapport à son poids total (c’est-à-dire en poids par rapport au poids total de la couche PVC), ledit plastifiant comprenant du phosphate, le taux de phosphore étant compris entre 0,3 et 1,0%, de préférence entre 0,4 et 0,8%, de façon encore plus préférée entre 0,5 et 0,7%, en poids par rapport au poids total de film souple.

Par « couche de PVC ignifugée », on entend que le film en PVC formant couche au sein du film selon l’invention comprend du PVC, du plastifiant et sensiblement aucune charge minérale. Par « charge minérale », on entend selon l’invention un constituant minéral tel que kaolinite, talc, calcite, micas, baryte, silice, granulat ou oxyde d’antimoine.

De préférence, le polyester est le polyéthylène téréphtalate.

Ainsi, qu’il sera expliqué ci-après, la couche de PET comporte une couche issue d’une couche de fonctionnalisation sur chacune de ses faces. Après assemblage du film souple multicouche, cette couche de fonctionnalisation est composée de ce qu’est devenu ce polymère, qui a permis l’adhésion.

Selon un mode de réalisation préférée, le phosphate comprend au moins un cycle aromatique.

Selon un mode de réalisation, chaque couche de PVC présente une épaisseur moyenne comprise entre 100 et 400 μm, de préférence entre 150 et 300 μm.

Selon un mode de réalisation, la couche de PET dans le film souple multicouche (hors couche issue de la couche de fonctionnalisation) présente une épaisseur moyenne comprise entre 5 et 100 μm, de préférence entre 10 et 80 μm.

Ainsi, le film souple sensiblement transparent selon l’invention présente en général une épaisseur moyenne de 205 à 900 μm, de préférence de 310 à 660 μm.

Par « compris entre X et Y » ou « de Z à T », on entend selon l’invention bornes incluses.

Selon un mode de réalisation préféré, le plastifiant est choisi parmi l’octyl diphenyl phosphate, le 2-éthylhexyl diphényl phosphate (par exemple le produit commercial Santicizer® 141 de la société Valtris), le triphenyl phosphate, l’isopropylphényl diphényl phosphate, le 2-isopropyl-5-méthylcyclohexyl diphényl phosphite, et leurs mélanges.

Selon un mode de réalisation particulier, le plastifiant comprend en outré au moins un phosphate linéaire comportant du chlore, de préférence choisi parmi le tris(2-chloroethyl) phosphate, le tris(l-chloro-2-propyl) phosphate, le tris(3-chloropropyl) phosphate et leurs mélanges. Un tel composé est par exemple le tris(2-chloroethyl) phosphate.

Par « phosphate linéaire comprenant du chlore », on entend selon l’invention un composé comprenant au moins un groupe phosphate linéaire, c’est-à-dire non ramifié, et au moins du chlore.

Selon un mode de réalisation préféré, le plastifiant comprend en outre au moins un composé choisi parmi le dioctyl adipate (DOA), le phtalate de diisononyle (D1NP), disponible par exemple auprès des sociétés BASF et Exxon, le diisodécyl phtalate (DIDP), le dioctyltéréphtalate (DOTP) le di(2-propylheptyl) phtalate (DPHP), l’acide dicarboxylique de 1,2-cyclohexane (DINCH), le tris(2-éthylhexyl) trimellitate (TOTM), les plastifiants biosourcés (tel que le produit du commerce Polysorb® ID37 de la société Roquette), et leurs mélanges.

Par « plastifiant biosourcé » on entend généralement un plastifiant d’origine renouvelable et non fossile.

De préférence selon l’invention, au moins une couche de PVC comprend de 30 à 45% de plastifiant, en poids par rapport à son poids total.

De façon particulièrement préférée selon l’invention, les deux couches de PVC sont semblables. Par « semblable » on entend selon l’invention de même nature et de même épaisseur. Ainsi, de préférence selon l’invention, chaque couche de PVC comprend de 30 à 45% de plastifiant, en poids par rapport à son poids total.

Les propriétés du film sensiblement transparent selon l’invention sont mesurées comme il est connu de la personne du métier et ainsi qu’expliqué ci-après.

La transparence est mesurée par la transmission normale ainsi que la transmission hémisphérique (norme EN 410). Selon l’invention, un film est «sensiblement transparent » si les valeurs obtenues de chacune de la ‘transmission visible normale’ normale et de la ‘transmission visible normale’ hémisphérique est supérieure à 80%, de préférence comprise entre 85% et 100%, la transmission visible diffuse devant être inférieure à 10%.

La résistance à la traction est mesurée par la norme ISO 1421 :2016 (version 2016 en vigueur) une éprouvette de 5cm de large est tirée sur un banc de traction (dynamomètre) jusqu’à la rupture. La valeur mesurée est la valeur de résistance maximale atteinte avant rupture. La valeur obtenue doit être comprise entre 10 et 30 daN/5cm.

L’allongement sous charge est mesuré par la norme EN 15977 : 2011 (version 2011 en vigueur). Une éprouvette de 50mm de large sur laquelle deux repères linéaires ont été tracés à une distance de 200mm est suspendue pendant 24h à un poids de 10kg. On mesure après 24h l’allongement sous charge puis on décroche l’éprouvette, on la laisse reposer une heure puis on mesure de nouveau l’allongement résiduel. La valeur d’allongement obtenue doit être comprise entre 10 et 20% sous charge et entre 5 et 10% en résiduel.

Le retrait à chaud est mesuré par la norme DIN 53377 :2015-04 (version 2015) une éprouvette de 25mm de largeur et de 300mm de longueur sur laquelle on a tracé deux repères linéaires distants de 200mm est placée dans une étuve à 80°C pendant 10min. A la sortie de l’étuve on mesure le retrait en température du film dans les conditions (80°C, 10min). La valeur obtenue doit être comprise entre 0 et - 1 % en sens travers comme en sens machine.

La résistance au feu est mesurée par la norme ISO 13501-1 de septembre 2007 (test SBI ou Euroclasse). Le produit doit en premier lieu répondre à la norme EN ISO 11925-2 de Mars 2020 (« Essais de réaction au feu — Allumabilité de produits soumis à l'incidence directe de la flamme — Partie 2 : Essai à l'aide d'une source à flamme unique » ou « Euroclasse petite flamme »). Lors de ce premier test, la hauteur de flamme doit être inférieure à 150mm pour réaliser le deuxième test qui est le test SBI de la norme ISO 13501 - 1. Le résultat de ce deuxième test doit être B-s2-d0.

Le test de vieillissement aux UV est mesuré par la norme ASTM G 154-4 (QUV) à une durée égale à 875h. La valeur mesurée est le changement de couleur de la matière par rapport à l’échantillon initial selon l’échelle des gris (selon la norme ISO 105-A03). Le résultat de ce test doit être égal à 5, 4-5 ou 4, de préférence 5 et 4-5

Selon un deuxième aspect, l’invention concerne un procédé de fabrication d’un film souple multicouche sensiblement transparent selon l’invention, comprenant les étapes successives suivantes :

(a) assemblage de trois films formant couches, un film en polyester (PET), présentant une couche de fonctionnalisation sur chacune de ses deux faces, étant intercalé entre deux films en Poly(chlorure de vinyle) (PVC) ignifugés ;

(b) chauffage de cet assemblage à une température comprise entre 130°C et 190°C-;

(c) calandrage (4) de l’assemblage des trois films chauffés, le pression de calandrage étant comprise entre 10 et 30.10 ⁵ Pa ;

(d) refroidissement du film souple multicouche issu de l’étape (c).

De préférence, l’étape (b) se produit à une température comprise entre 150°C et 175°C.

De préférence, l’étape (c) se produit à une pression comprise entre 15 et 25. 10 ⁵ Pa.

La couche de fonctionnalisation comprend au moins un polymère, qui est de préférence un polyester ou un copolymère de polyester. La couche de fonctionnalisation n’a pas forcément la même épaisseur en tout point Avantageusement cette couche de fonctionnalisation permet l’adhésion du film en PET sur le film en PVC.

Une fois le film souple multicouche sensiblement transparent fabriqué, le chauffage et le calandrage des étapes respectives (b) et (c) peuvent avoir transformé le polymère de la couche de fonctionnalisation, ce qui le rend plus difficile à détecter et caractériser. La couche de fonctionnalisation s’est donc ainsi transformée en une couche issue d’une couche de fonctionnalisation.

La couche de fonctionnalisation est d’épaisseur moyenne typiquement de 0,1 à 5 μm, par exemple environ 2 μm. La couche de fonctionnalisation n’a pas forcément la même épaisseur en tout point

Les propriétés du film PET utilisé dans le procédé de l’invention sont de préférence celle explicitées ci-après. Elles sont mesurées ainsi qu’il est connu de la personne du métier.

La résistance à la traction est mesurée par la norme ISO 527-1 :2019 (version 2019 en vigueur). La valeur obtenue doit être comprise entre 220 et 250 MPa.

L’allongement à la rupture est mesuré par les normes ISO 527-1 :2019 (version 2019 en vigueur) et ISO 527-3 :20I8 (version 2018 en vigueur). La valeur obtenue doit être comprise entre 110 et 130%.

Le retrait à chaud est mesurée par la norme DIN 40634-2 :2015-04 (version 1969) dans les conditions (150°C, 15min). La valeur obtenue doit être comprise entre 0,2 et 1,6%.

Les propriétés de chaque film PVC formant couche utilisée dans le procédé de l’invention sont de préférence celles explicitées ci-après. Elles sont mesurées ainsi qu’il est connu de la personne du métier.

La résistance à la traction est mesurée par la norme ASTM D882-02. La valeur obtenue doit être comprise entre 25 et 30 MPa.

L’allongement à la rupture est mesuré par les normes ASTM D882-02. La valeur obtenue doit être comprise entre 240 et 280%.

Le retrait à chaud est mesurée par la norme DIN 53377 :2015-04 (version 2015) une éprouvette de 25mm de largeur et de 300mm de longueur sur laquelle on a tracé deux repères linéaires distants de 200mm est placée dans une étuve à 80°C pendant 10min. 0 la sortie de l’étuve on mesure le retrait en température du film dans les conditions (80°C, 10min). La valeur obtenue doit être comprise entre 1 et -3% en sens travers comme en sens machine.

La résistance au feu est mesurée par la norme NF P92-5O3 de février 2004, classement M par le test au bruleur électrique et à la flamme pilote. L’éprouvette est soumise au rayonnement d’un bruleur électrique à 600°C puis à intervalles réguliers à une flamme pilote. Durant le test, la présence ou l’absence de gouttes ou de chutes (enflammées ou non) est observée. A la fin du test la longueur dégradée par les flammes de l’éprouvette est mesurée. Pour qualifier le film, le test est effectué sur 8 éprouvettes. Le résultat est bon si au moins 50% des éprouvettes présente une longueur dégradée inférieure à 350 mm, et pas de chutes de gouttes ou de particules enflammées.

Selon un troisième aspect, l’invention concerne une structure modulaire comprenant au moins une paroi dans laquelle un film multicouche selon l’invention est au moins partiellement voire totalement présent. Dans un tel cas, un tel film sert de passage des rayons lumineux dans la paroi. Une telle structure modulaire peut ainsi être une tente événementielle, mais peut aussi constituer un auvent, une pergola, ou un store.

Description sommaire de la figure

La manière de réaliser l’invention, ainsi que les avantages qui en découlent, ressortent de la description du mode de réalisation qui suit, à l’appui de la figure annexée :

[Fig. 1] La figure 1 est une vue schématique d’un procédé de fabrication d’un film souple sensiblement transparent selon l’invention.

Bien entendu, les dimensions et les proportions des éléments illustrés à la figure 1 ont pu être exagérées par rapport à la réalité, et n’ont été données que dans le but de faciliter la compréhension de l’invention.

Description détaillée de la figure

La fabrication en continu du film 1 selon l’invention, représenté sur la figure 1, comprend un assemblage d’un film en PET 3 placé entre deux films, ici semblables, en PVC ignifugé

2, un chauffage, puis un calandrage par des rouleaux 4 de calandrage sous pression.

EXEMPLES

Trois différents films souples transparents tricouches destinés à servir de fenêtre dans une tente événementielle, un selon l’invention (exemple 1) et deux comparatifs (exemples N°2 et N°3), ont été fabriqués selon le procédé représenté sur la figure 1. Ces films présentaient les caractéristiques préférées selon l’invention pour les films PET et PVC.

En ce qui concerne ces trois exemples, les deux couches PVC entourant la couche PET (en polyéthylène téréphtalate) intermédiaire étaient semblables.

Le chauffage a été de 160°C, et la pression de calandrage a été de 25 bars (1 bar = 10 ³ Pa). Dans chaque cas, un refroidissement contrôlé a permis de gérer la non-cristallisation du PVC pour garder la transparence.

Les propriétés de deux films souples transparents monocouches PVC ont été testées à titre comparatif (exemples comparatifs N°4 et N°5).

Les natures et épaisseurs des films testés étaient les suivantes: Il a également été procédé à un essai de fabrication de film souple multicouche avec deux films PVC semblables de 200μm d’épaisseur et un film PET (polyéthylène téréphtalate) d’intercalation de 15 μm d’épaisseur. Ces films présentaient les caractéristiques préférées selon l’invention pour les films PET et PVC, mais le film PET n’était pas fonctionnalisé. Il n’a pas été possible de réaliser un film souple multicouche à cause d’un défaut d’adhésion entre les films PET et PVC.

Les propriétés obtenues pour les films des exemples N°1 à 5 sont les suivantes, selon les tests normés décrits ci-avant :

Ainsi, les exemples comparatifs N°3 et N°4 ne passent pas respectivement le test de résistance au feu et le test du vieillissement. D’autre part, les exemples comparatifs N°4 et N°5 ne passent pas respectivement le test d’allongement sous charge et les tests d’allongement sous charge et de vieillissement.

Le film N°1 selon l’invention et le film N°2 comparatif présentaient les valeurs suivantes de transmission (%) :

Le film N°1 selon l’invention est resté transparent après vieillissement, alors que le film comparatif N°2 a perdu sa transparence après vieillissement.

Les résultats des tests pour les 5 exemples sont résumés ci-après.

Où : OK signifie que le test est passé avec succès et NOK signifie que le test n’est pas passé avec succès.

Il a donc été constaté que le film selon l’invention présentait un bon compromis entre les propriétés mécaniques (faible allongement sous charge et faible retrait à la chaleur) et la tenue au feu, ainsi qu’une bonne aptitude au vieillissement UV.