Brevet FR2604830A1 — publié le 19880408

PROCEDE & DISPOSITIF DE TRAITEMENT D' UN SUBSTRAT ORGANIQUE PAR DECHARGE COURONNE La présente invention se rapoorte au traitement d'un substrat organique, plus particulièrement du type polymère polyoléfinique; ledit traitement est effectué par décharge couronne, à une pression voisine de la pression atmosphérique, dans le but d'augmenter 1' adhésivité et la mouillabilité de ces matériaux vis-à-vis d'un revêtement donné, ou d'un adhésif donné, permettant 1' assemblage par collage de plusieurs éléments entre eux. Les polymères auxquels se rapporte l'invention tels que polypropylènes, copolymères polypropylène-polyéthylène, sont de plus en plus utilisés, notamment dans l'industrie automobile. On sait que ces hydrocarbures saturés sont relativement inertes chimiquement et que, de ce fait, il est particulièrement difficile d' v faire adhérer des revêtements divers et Plus particulièrement de la peinture, par exemple à base de polyuréthane. On connait délà l'influence favorable d'un traitement superficie! de tels substrats par décharge couronne en atmosphère gazeuse, modifiant leurs propriétés physico-chimiques par actions mécanique, thermique ou chimique. Toutefois, on se heurte à une difficulté importante se produisant lorsque le potentiel appliqué par la décharge couronne est supérieur au potentiel de claquage dans 1' atmosphère présidant au traitement. Dans ce cas, un passage à 1' arc se produit, dont l'impact sur le substrat organique est destructif et se traduit par des brûlures, des fusions locales, des déformations du matériau, etc... La présente invention a pour but de pallier l'inconvénient ci-dessus; elle sera décrite à titre d'exemple non limitatif au regard des figures I à 5 ci-jointes, qui se rapportent respectivement - la figure 1, à un schéma d'ensemble d'une installation de traitement selon 1' invention, - les figures 2a et 2b, à des vues de détail respectivement en perspective et en coupe d'un support d' électrode selon l'invention, - la figure 3, à une perspective d'un élément de 1' électrode précédente, 49...398 49398 I s -2- - les figures 4 et 5, à des vues en perspective de variantes d' électrodes selon l' invention. L'installation schématisée à la figure 1 est constituée par une enceinte étanche 1 dans laquelle peut se mouvoir un support 2 soumis à l' action de moyens pouvant être représentés par un moteur électrique 3, un câble 4 et une tige de traction 5 traversant l'enceinte de façon étanche connue en soi et reliée au support 2, lui-même soumis à l'action d'un ressort de rappel 6. Le substrat organique 7 à traiter repose sur le support 2, pouvant ainsi se déplacer sous le support d'électrode 8 selon l'invention, mobile en hauteur grâce à des tiges de guidage 9 pouvant être des vérins hydrauliques télécommandés fixés à la partie supérieure de l'enceinte 1. Le support d' électrode 8 comporte une arrivée creuse 10 de courant haute tension et de gaz de traitement, traversant l' enceinte 1 de façon étanche et aboutissant aux moyens aDpropriés connus en soi situés à l' extérieur de l'installation; ceux-ci peuvent être figurés par un générateur H.T. Il et les conducteurs 12, 13 respectivement reliés au support 2 et à la partie extérieure de l'arrivée de courant creuse 10; l'atmosphère gazeuse de l'enceinte 1 est contrôlée par des débimètres 14 et des réservoirs 15, via des canalisations 16; l'évacuation des gaz et l' abaissement éventuel de la pression interne de l'enceinte I sont assurés à travers une canalisation 17. Le support d' électrode 8 est bien visible aux figures 2a et 2b. Il est composé de deux plaques isolantes respectivement supérieure 20 et inférieure 21, séparées par des entretoises 22, et comportent des rebords périphériques constituant ainsi un bottier incluant une grille de cuivre 23 correspondant au volume interne du boîtier, reliée par sa face supérieure à l'arrivée de courant H.T. 10 et par sa face inférieure à des électrodes 24; ces dernières traversent la plaque inférieure 21 pourvue d'orifices 25 pour le passage des gaz de traitement en provenance des canalisations 16 et du conduit 10. 49398 1 1676 -3 - Comme représentée en détail à la figure 3, chaque électrode 24, fixée dans la plaque isolante 21, est constituée d'une tige dont l'extrémité supérieure effilée est réunie à la grille conductrice 23 sous haute tension. Sa partie inférieure 30 est retournée pour former un renflement d'extrémité sensiblement circulaire et se trouve à une distance de l' éprouvette à traiter 7 vers laquelle il est dirigé de 1' ordre du centimètre. Le but de la structure particulière ci-dessus de l' électrode 24 est, pour un potentiel appliqué donné, de répartir l'énergie incidente à laquelle est soumise 1' éprouvette 7, en augmentant les lignes de décharges tièdes et en évitant de privilégier 1' apparition de décharges en quelques points particuliers; en effet, le phénomène correspondant favorise le passage à 1' arc, destructeur de ' état de surface à traiter. On améliore ce retard du passage à 1' arc en iniectant simultanément un gaz de traik ment, tel que de l'air ou du gaz carbonique, à travers le support d' électrode 8. Les turbulences ainsi engendrées retardent la formation de canaux ioniques générant les arcs. La décharge obtenue dans les conditions ci-dessus qui donne l'impression d'une décharge diffuse est constituée par un jet tournant parcourant la périphérie retournée de la zone 30; les décharges diffuses en résultant donnent lieu, pour une même intensité, à une densité de courant plus faible et plus homogène, ménageant ainsi 1' état de surface du substrat 7. 2 Avant d'atteindre les seuils critiques de craquage, on peut utiliser des courants plus importants, puisqu' échauffant moins les gaz, et augmenter ainsi 1' efficacité du traitement. De bons résultats ont été obtenus, à titre d'exemple, dans la fourchette des paramètres suivants: on dispose une éprouvette de polypropylène de x 10 cm à une distance de I cm de l'extrémité inférieure des électrodes 24 et en la traitant pendant 10 à 50 secondes, sous une tension de 5 à 30 KV alternative (70 KHz) et fournissant des impulsions de 3 à 50 MHz. L'évacuation des produits de la décharge se fait par la création, via le conduit 17, d'un vide partiel léger. La variante de l'invention illustrée à la figure 4 s'applique dans le cas des surfaces à traiter non planes, présentant une dénivellation égale ou supérieure à 2 cm. / 49398.. 49398 s se67 -4 - Un traitement de surface du support en matière synthétique réalisé par le dispositif précédent ne donnerait pas de bons résultats; en effet, les décharges issues des électrodes 24 ne seraient pas homogènes au regard des différents plans concernés, mais au contraire seraient le site de nombreux arcs destructeurs. On utilise alors, selon la figure 4, un support d' électrodes 40 multitraces ou moulantes dont 1' enveloppe des points 30 à partir desquels s' établissent les décharges suit le profil du substrat 41 à traiter. Le support 40 éventuellement pourvu d'ouvertures pour le passage des gaz est constitué d'une partie inférieure 42 isolante et d'une partie supérieure 43 conductrice, sur laquelle aboutit l'arrivée l0 de courant H. T. et se trouve reliée à 1' extrémité supérieure de l'ensemble des électrodes 24. On améliore encore le dispositif ci-dessus en déposant le substrat 41 sur une contre-électrode 44 de forme complémentaire réunie à la terre. La figure 5 se rapporte à une autre variante de l'invention qui procède de la même idée et qui est adaotée au traitement d'un substrat 50 de forme de révolution. On constate que les électrodes 24 sont positionnées sur un support 51 de forme correspondante, pourvu d'ouvertures 52 destinées au passage des gaz de traitement. Comme précédemment, l'usage d'une contre-électrode, non figurée, est envisageable. 49398 11 -5 - R EVENDICATIONS I/ Procédé pour le traitement d'un substrat organique (7) par décharge couronne dans le but d'augmenter sa mouillabilité et son adhésivité notamment à un dépôt de peinture ultérieur, ou d'un adhésif donné permettant 1' assemblage par collage de plusieurs éléments entre eux, du type selon lequel on iniecte en cours d'opération un gaz dans le plasma à travers 1' électrode de travail, caractérisé par le fait que l'on retarde le passage de la décharge au régime d'arc endommageant le substrat (7) en répartissant 1' énergie incidente à laquelle est soumis ce dernier par augmentation des lignes de décharges tiède et par création d'un let tournant, les décharges diffuses en résultant donnant lieu, pour une même intensité, à une densité de courant plus faible et plus homogène à la surface du susbstrat. 2/ Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat (7), disposé dans une enceinte étanche (1) pourvue de moyens (10, 17) d'arrivée et d'évacuation de phases gazeuses, est soumis à 1' action de décharges couronnes en provenance d'un support (8) constitué de deux plaques (20, 21) à rebords périphériques, en matériau isolant, déterminant un bottier qui inclut une grille conductrice (23) de contour fermé, dont la face supérieure est réunie à 1' alimentation (10) en haute tension, dont la face inférieure alimente les électrodes (24), ces dernières ayant la forme de tiges fixées par leur partie haute effilée à la plaque isolante (21) par ailleurs pourvue d'ouvertures (25) pour le passage du gaz, tandis que leur partie basse est retournée pour former un renflement sensiblement circulaire (30) dirigé vers le substrat (7). 3/ Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le porte-électrodes (40) est constitué d'un support non conducteur (42) recouvert d'un support conducteur (43), alimenté en haute tension qu'il transmet aux électrodes (24) renflées à leur base (30) , ledit porte-électrode (40), de préférence pourvu d'ouvertures (45, 52) pour le passage des gaz, présente une forme, dont 1' enveloppe des points (30) à partir desquels s' établissent les décharges suit le profil du substrat (41, 50) à traiter. -6 -- 6 0-8- 4/ Dispositif selon la revendicationn 3, caractérisé en ce que le substrat (41) à traiter repose sur une contre-électrode (44) de forme correspondante reliée à la terre.