Compte tenu du fait que notre objectif est de réaliser un hétéro-assemblage « film- verre », il convenait, pour tenter d’optimiser cette phase, de connaître également les caractéristiques thermomécaniques du second matériau retenu pour le substrat d’accueil, à savoir le verre Stylis à indice 1,67, à l’époque de ce projet.
La Figure IV-22 présente la comparaison de la caractérisation DMTA de ce matériau, également réalisée aussi par le CEMEF, à celle du PET Melinex 506. On observe qu’à l’état vitreux, aux basses températures, les deux matériaux présentent une rigidité comparable. La transition à 1 Hz du verre a lieu maintenant à 94 °C et cette transition est particulièrement plus sensible: aux alentours de la transition, il existe une composante visqueuse qui reste
d’une contribution importante et comparable à celle du module élastique, au-delà de cette transition, on observe une chute de deux décades du module élastique.
Figure IV-22 : Comparaison des relevés des modules élastiques et visqueux, et de l’angle de perte relatifs aux deux matériaux « verre Stylis 1,67 » et PET, pour une fréquence de 1 Hz, à une vitesse de chauffe de 1
°C/min.
Dans le contexte de la séquence complète d’assemblage, cette analyse comparée des propriétés des deux matériaux appelle les remarques suivantes :
au cours de la phase de thermoformage, si l’on impose par exemple une température de chauffe de 160 °C pour le film PET et une température ambiante de 25 °C pour le verre hôte, seul le film, qui est au-dessus de sa transition , est susceptible de se déformer et d’adopter la forme de la lentille. En effet, dans cette configuration expérimentale, le module élastique associé au verre est de l’ordre de sept fois plus élevé que celui du film ;
A l’inverse, si l’on fait subir à l’assemblage une température de 100 °C après la phase de report du film sur la lentille, le film restera en dessous de la température de transition à 1 Hz alors que celle du verre hôte la dépassera. On observe pratiquement deux décades de différence dans la mesure des deux modules élastiques, le film aura donc tendance à imposer une forme donnée au verre. Nous devons par ailleurs noter que ce dernier, lorsqu’il sera amené au-delà de sa transition, risquera
également de se dilater conséquemment au cours des trois heures d’étuvage.
Ce risque que nous venons d’évoquer, lié au différentiel entre les coefficients de dilatations des deux matériaux qui doivent être assemblés, imposait une caractérisation complémentaire. Toujours grâce au concours du CEMEF, l’équipement de l’expérimentation DMTA a été mise en œuvre cette fois dans le mode statique : aucun déplacement dynamique n’est imposé au cours de l’essai, seule une pré-tension de l’échantillon minimale entre les mors est nécessaire à la validité de la mesure ; on recueille simplement, au cours d’un balayage en température ou d’un isotherme, le déplacement des mors lié à la dilatation pure de l’échantillon.
La caractérisation a consisté en une phase de rampe de température à 1 °C/min suivie d’un palier isotherme d’une durée de trois heures, de façon à placer l’assemblage constitué du film pixellisé reporté sur le verre dans les conditions représentatives de la cuisson d’un vernis thermodurcissable. La Figure IV-23 rassemble les résultats obtenus sur deux échantillons différents de film PET, le premier à l’état brut (commercial) et le deuxième ayant subi un traitement thermique pendant trois heures à 100 °C et sur le verre 1,67.
Figure IV-23 : Comparaison de la dilatation d’échantillons du verre 1.67 et du PET obtenus à partir de films à l’état brut et à l’état recuit, au cours d’une chauffe suivie d’un palier isotherme à 100 °C.
Bien que le chemin de déformation au cours de la rampe en température soit légèrement différent, on observe qu’à l’issue de la chauffe de l’ambiante à 100 °C, les deux
films de PET ne se sont dilatés que de 0.6 % environ. Le léger écart entre les comportements est vraisemblablement à imputer aux variations dans la cinétique de relaxation ou de réorientation des macromolécules (principalement dans la phase amorphe) qui permettent aux chaînes, issues de l’amorphe intercristallin notamment, de se dilater plus ou moins librement ; à 100 °C, donc après franchissement de sa transition vitreuse, le verre 1,67 se dilate plus de quatre fois plus que le film de PET. Au cours de la cuisson du vernis, alors que le film, plus rigide, imposera sa forme au substrat, ce dernier va avoir tendance à se dilater conséquemment, tout en étant contraint par le collage de l’assemblage. Dans ces conditions, on peut donc envisager des déformations spécifiques au sortir de la phase de cuisson du vernis qui pourraient être à l’origine d’instabilités géométriques.
4. Conclusion
L’étude des propriétés du film de PET Melinex 506 démontre l’intérêt de son utilisation dans le projet d’optique digitale. Il est d’une part compatible avec l’optique ophtalmique de par ses qualités optiques puisqu’il est transparent dans le domaine spectral visible, et d’autre part il transmet suffisamment les UV pour des applications photochromiques.
Après avoir vérifié la nature semi-cristalline du Melinex 506, nous avons montré que dans le domaine des petites déformations dans lequel nous devrions nous situer (avec un taux de déformation de l’ordre de 10 % au maximum dans le cas le cas le plus défavorable), seule la phase amorphe caractéristique devrait intervenir dans un régime de déformation viscoélastique.
La caractérisation du film par analyse thermomécanique dynamique a permis de vérifier le caractère viscoélastique attendu du Melinex 506 et de situer aussi idéalement sa plage de thermoformage entre 100 et 120 °C. L’analyse de ce comportement viscoélastique du film sur une large gamme de fréquence nous a notamment permis d’identifier les paramètres pertinents du modèle dit de MAXWELL généralisé que nous avons retenu en première analyse. Plus précisément, le principe d’équivalence « temps-température » est rendu par le modèle comportemental nommé WLF en considérant des constantes spécifiques qui ont été établies à C1 = 20,2 et C2 = 120,96 °C, valeurs qui sont compatibles avec les données relevées
Nous sommes donc désormais en mesure d’utiliser ce modèle pour réaliser des simulations numériques de nos procédés de mise en œuvre et comparer les résultats ainsi obtenus avec les relevés des essais expérimentaux relatifs aux procédés PIXIS.
CHAPITRE V
Ce chapitre est consacré à l’étude du report « grande surface » du film pixellisé, pour différents gabarits en termes de rayons de courbure de verres ophtalmiques selon le procédé de mise en œuvre PIXIS-A que nous avons décrit dans le chapitre 2. Ce report est dit de "grande surface" car les disques de films initiaux mesurent 10 cm de diamètre et sont reportés sur des lentilles que nous qualifierons de semi-finies parce que nous détourées aux gabarits des verres de lunettes souhaités. Dans une première partie nous déterminerons l’influence des paramètres sur la courbure du film lors de son gonflement, à savoir la température de chauffe, la pression imposée de déformation et le diamètre de la bague de maintien. La seconde partie sera consacrée aux simulations numériques réalisées en s'appuyant sur le modèle comportemental du film de PET que nous venons d’établir et en considérant différentes séquences de commandes du procédé PIXIS-A. La troisième partie nous permettra de déterminer les paramètres de report sur deux géométries de verres ophtalmiques. Nous utiliserons les outils de caractérisation mis en place pour mesurer et comparer les déformations qui sont imposées au film lors des reports.