Activation de surface par plasma
Un manque de mouillabilité ou d’adhérence
Un grand nombre de matériaux industriels présentent des surfaces relativement inertes sur le plan chimique. Ils ne disposent donc pas naturellement d’une grande aptitude à adhérer avec une colle, un adhésif, une peinture ou un vernis. En général, ils se caractérisent par une faible énergie de surface.
Cette caractéristique concerne beaucoup de matériaux polymères (plastiques) comme le montre le tableau suivant qui exprime l’énergie de surface en mN/m (ou dynes) ou en angle de contact d’une goutte d’eau. Plus l’énergie de surface est faible et plus l’angle de contact est grand.
En réalité, il n’y a que peu de matériaux qui ne soient pas concernés, lors de leur cycle de transformation industrielle, par un manque d’adhérence. Sans que cette liste soit exhaustive, cela concerne :
• Les élastomères (EPDM, NBR, TPU…)
• Les métaux ferreux, l’aluminium ou d’autres métaux non-ferreux
• Le verre
• Les composites de toute nature
L’amélioration de l’adhérence est donc une problématique à laquelle de nombreuses industries sont confrontées. Le verre est utilisé dans l’automobile, l’emballage ou les industries high tech (écrans …). Les composites sont essentiels dans l’aéronautique, le spatial, les articles de sport ou la mobilité.
Une solution pour résoudre cette problématique du manque d’adhérence est de procéder à une activation de surface par plasma.
L’activation de surface par plasma, comment cela fonctionne-t-il ?
L’activation de surface par plasma est un processus chimique en deux temps consécutifs qui met en œuvre un gaz. Le plus souvent, il s’agit d’air comprimé.
Dans un premier temps, le gaz a subi une ionisation partielle par le biais d’une décharge électrique. Le plus souvent, cette décharge électrique se produit entre 2 électrodes reliées à un générateur délivrant de l’énergie électrique sous haute tension. Cette ionisation confère au gaz, initialement chimiquement inactif, une activité chimique disponible pendant une courte durée. Elle est mise à profit dans le deuxième temps du processus, lorsque le gaz est soufflé et mis en contact avec la surface à activer. Sous l’effet de l’activité chimique du gaz, une modification chimique de la surface s’opère.
Du fait de la nature nanométrique de ces modifications, l’identification des radicaux chimiques greffés par plasma requiert des moyens d’analyse de surface avancés (XPS, ESCA, ToF-SIMS…) pour en déterminer leurs natures.
Les plus courants sont :
• Acide carboxylique
• Alcool
• Amide
• Amine
• Cétone
• Esther
• Hydoxyl
• Imides
L’activation de surface par plasma est un procédé qui consiste à modifier temporairement ou durablement la nature chimique de l’extrême surface d’un matériau de façon à la rendre capable d’adhérer avec des substances organiques ou inorganiques. Les modifications de surface prennent la forme de radicaux chimiques greffés en extrême surface. Suffisant pour favoriser l’adhérence, le taux de greffage est suffisamment faible pour que la nature chimique de la surface ne soit quasiment pas modifiée. Sur le plan macroscopique, les propriétés du matériau (mécaniques, électriques, optiques, tribologiques …) traité reste également inchangées.
L’activation de surface par plasma, en quoi cela consiste-t-il ?
Un traitement par voie sèche
Par opposition au traitement de surface mettant en œuvre des produits chimiques liquides, le procédé d’activation de surface par plasma ne met en œuvre que des gaz et de l’énergie électrique : il est qualifié de traitement de surface par voie sèche. Ceci représente un atout majeur pour réduire l’empreinte carbone d’un procède industriel.