Brevet FR2921930A1 — publié le 20090410

Pièce comprenant une couche superficielle réduisant le coefficient de frottement avec une surface vitrée La présente invention se rapporte à une pièce comprenant un profilé en 5 caoutchouc ou en élastomère recouvert d'une couche superficielle, ainsi qu'à un procédé de fabrication de ladite pièce. Elle s'applique typiquement, mais non exclusivement, au domaine de l'automobile, notamment aux lames d'essuyage pour balai d'essuie glace de véhicule automobile ou aux lécheurs de surface vitrée pour porte de véhicule 10 automobile. A titre d'exemple, on connaît le document US 2006/0112512 qui décrit un profilé du type lame d'essuyage pour balai d'essuie glace. Cette lame d'essuyage, en caoutchouc, est obtenue en mélangeant à la matrice caoutchouc de ladite lame des nanoparticules de carbone de structure 15 cristalline du type fullerène et/ou nanotube. Ces nanoparticules (ou charges de glissement) sont incorporées au sein même de la matrice caoutchouc en une quantité comprise entre 0,2 et 2% en poids par rapport au poids total de polymère de la lame en caoutchouc ensemble avec les nanoparticules. 20 Toutefois, la lame d'essuyage ainsi obtenue présente une glissance non satisfaisante, ou en d'autres termes un coefficient de frottement relativement élevé, sur une surface vitrée. En effet, les nanoparticules présentes dans la matrice caoutchouc en grande quantité perturbent les propriétés viscoélastiques et mécaniques de la 25 lame d'essuyage. L'essuyage de la surface vitrée par ce type de lame d'essuyage devient alors difficile. Les frottements de la lame d'essuyage en mouvements alternés sur la surface vitrée entrainent des nuisances sonores ainsi que l'usure rapide de ladite 30 lame, et les moteurs d'entrainement des balais d'essuie glace deviennent alors inadaptés en puissance pour ce type d'efforts (frottements). De plus, les nanoparticules restant relativement coûteuse, la lame 2 d'essuyage proposé dans ce document de l'art antérieur n'est ainsi pas réellement économique. L'objet de la présente invention est de pallier les inconvénients des solutions de l'état de la technique en offrant notamment une pièce facile à mettre en oeuvre, très économique et présentant un coefficient de frottement réduit de façon significative sur une surface vitrée. La solution selon la présente invention est de proposer une pièce comprenant un profilé, en caoutchouc ou en élastomère, caractérisée en ce que ledit profilé est recouvert d'une couche superficielle destinée à réduire le coefficient de frottement entre le profilé et une surface vitrée, ladite couche superficielle comprenant des nanoparticules de structure cristalline du type fullerène et/ou nanotube. On entend par profité en caoutchouc ou en élastomère, un matériau caoutchouc ou élastomère mis en forme par un procédé d'extrusion ou par un 15 procédé de moulage par compression ou injection. On entend par structure cristalline du type fullerène toute structure cristalline de forme sphérique ou ovoïde composée d'atomes disposés régulièrement en pentagones, hexagones et/ou heptagones. On entend par structure cristalline du type nanotube toute structure 20 cristalline de forme tubulaire composée d'atomes disposés régulièrement en pentagones, hexagones et/ou heptagones. Les structures cristallines du type fullerène et/ou nanotube peuvent comporter des composés choisis parmi le carbone, le fluor ou des composés minéraux. 25 A titre d'exemples préférés, tes composés minéraux peuvent être choisis parmi le nitrure de bore et des éléments métalliques de formule MX2 dans laquelle M est le Molybdène (Mo) ou le tungstène (W) et X est le soufre (S) ou le sélénium (Se). Les nanoparticules de structure cristalline du type fullerène constituée 30 de carbone comprennent typiquement de 60 à plus de 100 atomes de carbone, de préférence entre 60 et 70 atomes de carbone. Lorsque ces nanoparticules sont composées d'un mélange de fullerènes carbonées à 60 et à 70 atomes de carbone, on les appelle typiquement Fullerite. Ce mélange est préféré pour son coût peu élevé par rapport à des fullerènes carbonées dites � pures � à 60 ou à 70 atomes de carbones. Les nanoparticules de structure cristalline du type fullerène de formule empirique CmF2ni dans laquelle m et n sont des nombres entiers avec m supérieur ou égal à 60, par exemple égal à 60 ou 70, et n supérieur ou égal à 15, par exemple compris entre 15 et 35, peuvent également être utilisées dans le cadre de la présente invention. On les appelle typiquement des polyfluorfullerènes. Les nanoparticules de structure cristalline du type nanotube peuvent être de deux types, à savoir il existe les nanotubes à parois uniques ou SWNT pour l'anglicisme Single Wall Nanotubes, et les nanotubes à parois multiples ou MWNT pour l'anglicisme Multi-Wall Nanotubes, les MWNT étant plus économique que les SWNT. En outre, afin de diminuer encore le coût de revient de la couche superficielle, cette dernière peut comprendre des charges de glissement bien connues de l'homme du métier, qui sont différentes desdites nanoparticules, par exemple choisies parmi le graphite, le polytétrafluoroéthylène (PTFE), le talc et le disulfure de molybdène, ou leur mélange. De manière intéressante, la couche superficielle comprend une quantité de 20 à 60% en poids de nanoparticules par rapport au poids total des nanoparticules et des charges de glissement de la couche superficielle. Ces limites inférieures et supérieures permettent de garantir une efficacité optimale de glissance lorsque les nanoparticules sont mélangées à d'autres charges glissantes. Selon une caractéristique particulière de l'invention, la couche superficielle a une épaisseur d'au plus 20 pm, de préférence d'au plus 10 pm. En effet, au-delà de 20 pm d'épaisseur, il peut apparaître plus facilement des craquellements sur la couche superficielle ainsi que des défauts de surface. Par exemple, la formation de craquellements ou de défauts de surface 4 sur la couche superficielle engendre typiquement des traînées sur la surface vitrée lors du glissement de la pièce sur ladite surface. Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, la quantité desdites nanoparticules est d'au plus 0,1 % en poids par rapport au poids total de 5 polymère du profilé. Cette limite supérieure permet d'obtenir une pièce avec une glissance optimale pour un coût de revient relativement faible. Un autre objet de la présente invention est un procédé de fabrication d'une pièce telle que définie ci-avant, ledit procédé comprenant tes étapes 10 suivantes : i. préparer la composition comprenant des nanoparticules de structure cristalline du type fullerène et/ou nanotube, et ii. recouvrir le profilé, en caoutchouc ou en élastomère, par la composition, 15 pour former la couche superficielle, de sorte à obtenir ladite pièce. Dans l'étape ii, la composition peut être appliquée sur ledit profilé par tout procédé adapté. Selon un premier mode de réalisation conforme à l'invention, l'étape ii. est effectuée par un procédé de recouvrement en voie dite � sèche �. 20 En d'autres termes, la voie sèche signifie qu'il n'est pas nécessaire de disperser la composition dans un milieu liquide pour la déposer sur le profilé en caoutchouc ou en élastomère. La tenue ou l'adhésion des nanoparticules sur le profilé est réalisé de façon bien connue par tes liaisons de Van der Waals. 25 A titre d'exemples, on recouvre ledit profilé par la composition en utilisant un procédé choisi parmi les procédés de poudrage, notamment poudrage électrostatique, de plasma froid de déposition et de plasma atmosphérique. A la fin de l'étape ii, la couche superficielle est ainsi directement 30 formée de sorte à obtenir ladite pièce. Selon un deuxième mode de réalisation conforme à la présente invention, l'étape ii. est effectuée par un procédé de recouvrement en voie dite humide �. En d'autres termes, la voie humide signifie qu'il est nécessaire de disperser la composition dans un milieu liquide pour l'appliquer sur le profilé en 5 caoutchouc ou en élastomère. A titre d'exemples, on recouvre ledit profilé par la composition en utilisant un procédé choisi parmi les procédés de pulvérisation de la composition sur le profilé, de trempage (ou d'immersion) du profilé dans un bain de la composition ou d'enduction du profilé au moyen de la composition. Dans ce deuxième mode de réalisation, le procédé comprend en outre les étapes suivantes : - disperser la composition dans un milieu liquide, avant l'étape ii, et - traiter thermiquement la composition pour évaporer le milieu liquide, après l'étape ii, pour former la couche superficielle. Le milieu liquide peut être de l'eau ou un solvant organique tel que par exemple du toluène ou du benzène. De manière intéressante, la composition peut comprendre un agent dispersant pour favoriser la dispersion des nanoparticules dans la composition en phase liquide. Bien entendu, la viscosité de la composition en phase liquide est adaptée aux différents types de procédé en voie humide utilisés, notamment par une plus ou moins grande dilution de la composition dans le milieu liquide. Par ailleurs, dans l'étape i du procédé conforme à la présente invention, que ce soit avec te premier ou le deuxième mode de réalisation décrit ci-avant, la composition peut comprendre en outre un liant polymérique qui est destiné à améliorer la tenue ou l'adhésion des nanoparticules sur la surface du profilé. Le liant polymérique peut comprendre tout type de polymère réticulable ou non, bien connu de l'homme du métier. A titre d'exemple, le liant polymérique est choisi parmi les 30 polyuréthanes, les silicones, les polyacrylates et les polyacrylonitriles, ou leur mélange. 6 La particularité de ces polymères est que leur élasticité est en adéquation avec l'élasticité du profilé en caoutchouc ou en élastomère. Lorsque la composition comprend un liant polymérique, les quantités de nanoparticules et de liant polymérique sont comprises respectivement entre 40 et 80 % en poids de la composition et entre 20 et 60 % en poids de ta composition. La limite inférieure de 40 % (nanoparticules) permet d'obtenir une glissance excellente tout en conservant une tenue suffisante des nanoparticules sur le profilé, tandis que la limite supérieure de 80 % (nanoparticules) permet de conserver une excellente adhésion tout en obtenant une glissance acceptable des nanoparticules sur le profilé. Lorsque le liant polymérique nécessite un traitement thermique pour permettre sa réticulation, et lorsque que l'étape de recouvrement ii s'effectue en voie humide, l'évaporation du milieu liquide peut s'effectuer simultanément ou séparément avec l'étape de réticulation par chauffage. Bien entendu, le procédé de réticulation est adapté à la nature du liant polymérique et peut être par exemple tout autre procédé de réticulation bien connu de l'homme du métier comme par exemple un traitement ultra violet (réticulation UV). D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière des exemples qui vont suivre, lesdits exemples étant donnés à titre illustratif et nullement limitatif. Afin de montrer les avantages des pièces selon la présente invention, le Tableau 1 ci-après détaille différentes compositions conformes à l'invention. 25 Plus particulièrement, - la composition 1 est composée principalement de nanoparticules du type fullerène et d'un liant polymérique ; - la composition 2 est composée principalement de nanoparticules du type fullerène et du type nanotube, ainsi que d'un liant polymérique ; 7 - la composition 3 est composée principalement de nanoparticules du type fullerène et d'une autre charge de glissement, ainsi que d'un liant polymérique ; et - la composition 4 est composée principalement de nanoparticules du 5 type fullerène et d'une autre charge de glissement. A cet égard, il est à noter que les quantités mentionnées dans le Tableau 1 sont classiquement exprimées en pourcentage en poids de la composition. Composition (%) 1 2 3 4 Fullerite 69,8 60 35 45,8 Nanotubes MWNT / 10 / / Graphite / / 35 45,8 Résine polyuréthane 30 29,8 29,8 / Agent de dispersion 0,2 0,2 0,2 0,2 Agent de viscosité / / / 0,2 10 Tableau 1 L'origine des différents constituants du Tableau 1 est la suivante. Fullerite est un mélange constitué de fullerènes carbonées à 60 et à 70 atomes de carbone, commercialisé par la société Aldrich. 15 Nanotubes MWNT sont des nanotubes carbonés en parois multiples, commercialisés par la société Fullerene International. Graphite est du graphite de référence KS6, commercialisé par la société Timcal. Résine polyuréthane est une résine polyuréthane sans catalyseur de 20 référence Hybridur 570, commercialisé par la société Safic Alcan. Agent de dispersion est un agent de dispersion de référence Disperbyk 190, commercialisé par la société Byk. Agent de viscosité est un agent de viscosité du type polyacrylate de référence Solthix A100, commercialisé par la société LUBRIZOL. 25 Dans une première étape (étape i), les différents constituants des compositions 1 à 4, référencés dans le Tableau 1, sont mélangés et dispersés dans de l'eau pour obtenir des compositions en phase aqueuse afin d'appliquer lesdites compositions par un procédé en voie humide. Les compositions 1 à 4 comprennent en outre un agent de dispersion qui permet d'améliorer la dispersion des nanoparticules en milieu liquide. La composition 4 ne comprenant pas de liant polymérique (résine polyuréthane), il est préférable qu'elle comprenne en outre un agent de viscosité pour ajuster la viscosité de ladite composition en fonction du procédé en voie humide utilisé. Bien entendu, les compositions 1 à 4 peuvent également être appliquées par un procédé en voie sèche. Dans ce cas, l'agent de dispersion des 10 compositions 1 à 4 n'est pas nécessaire. De manière générale, les compositions 1 à 4 peuvent être utilisées préférentiellement pour recouvrir des profilés du type lame d'essuyage pour balai d'essuie-glace de véhicule automobile ou du type lécheur de surface vitrée pour porte de véhicule automobile. 15 Ainsi, dans une seconde étape (étape ii), on recouvre quatre lames d'essuyage pour balai d'essuie-glace respectivement par les compositions 1 à 4 en phase aqueuse. Afin d'améliorer l'adhésion desdites nanoparticules sur les lames, ces dernières peuvent être au préalable recouvertes d'un revêtement halogéné, ce 20 type de revêtement étant bien connu de l'homme du métier. Ladite seconde étape est effectuée par exemple par pulvérisation (ou projection) de la composition aqueuse sur ladite lame d'essuyage par l'intermédiaire de buses, la viscosité de la composition en phase aqueuse étant au préalable ajustée, grâce au liant polymérique ou à l'agent de viscosité, en 25 fonction du diamètre desdites buses afin d'avoir une couche superficielle homogène sur ladite lame. Dans une troisième étape, les compositions 1 à 4 en phase liquide sont ensuite traitées thermiquement pour d'une part réticuler le liant polymérique et d'autre part évaporer le milieu liquide (séchage de la composition). 30 Ainsi, on place chacune des quatre lames d'essuyage recouvertes respectivement des compositions 1 à 4 en phase aqueuse dans une étuve ou un four infra rouge (IR) à une température et pendant une durée suffisantes pour évaporer l'eau et pour permettre à la résine polyuréthane de réticuler par voie thermique. Bien entendu, l'étape de traitement thermique concernant le liant polymérique est uniquement nécessaire dans le cas où le liant polymérique nécessite une mise en température pour lui conférer sa tenue, ou en d'autres termes dans le cas où le liant polymérique est réticulable par voie thermique. L'étape de réticulation du liant polymérique est ainsi optionnelle dans le cadre de la présente invention, et est dépendante de la nature dudit liant. Après cette troisième étape, la couche superficielle est formée et on obtient respectivement quatre pièces conformes à ta présente invention, ces pièces pouvant être utilisées directement comme lame d'essuyage pour balai d'essuie-glace de véhicule automobile. L'épaisseur de la couche superficielle sur chaque lame d'essuyage est d'environ 6 pm et chaque pièce comprend au plus 0,1 % en poids de nanoparticules par rapport au poids total de polymère de la lame d'essuyage. Les quatre pièces selon ta présente invention présentent toutes une excellente glissance sur une surface vitrée pour un coût relativement peu élevé. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de pièces qui viennent d'être décrites et porte dans sa généralité sur toutes les pièces envisageables à partir des indications générales fournies dans l'exposé de l'invention. Notamment, et à titre d'exemple, on peut envisager de revêtir le profilé d'une première couche superficielle obtenue à partir d'une composition comprenant majoritairement des nanoparticules et 40% en poids de liant polymérique dans la composition pour assurer une très bonne adhésion des nanoparticules sur le profilé. Puis, cette première couche superficielle peut être recouverte d'une seconde couche superficielle ne comprenant que des nanoparticules pour 30 garantir une excellente glissance. REVENDICATIONS 1. Pièce comprenant un profilé, en caoutchouc ou en élastomère, caractérisée en ce que ledit profilé est recouvert d'une couche superficielle destinée à réduire le coefficient de frottement entre le profilé et une surface vitrée, ladite couche superficielle comprenant des nanoparticules de structure cristalline du type fullerène et/ou nanotube. 2. Pièce selon la revendication 1, caractérisée en ce que les structures cristallines du type fullerène et/ou nanotube comprennent du carbone, du fluor, du nitrure de bore, du disulfure de tungstène et/ou du disulfure de molybdène. 3. Pièce selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les structures cristallines du type fullerène comprennent 60 à 70 atomes de carbone. 4. Pièce selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les structures cristallines du type nanotube comprennent des nanotubes de carbone à 15 parois multiples (MWNT). 5. Pièce selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la couche superficielle comprend en outre des charges de glissement choisies parmi le graphite, le polytétrafluoroéthylène (PTFE), le talc et le disulfure de molybdène, ou leur mélange. 20 6. Pièce selon la revendication 5, caractérisée en ce que la couche superficielle comprend une quantité de 20 à 60% en poids de nanoparticules par rapport au poids total des nanoparticules et des charges de glissement de la couche superficielle. 7. Pièce selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce 25 que la couche superficielle a une épaisseur d'au plus 20 pm, de préférence d'au plus 10 pm. 11 8. Pièce selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la quantité desdites nanoparticules est d'au plus 0,1 % en poids par rapport au poids total de polymère du profilé. 9. Procédé de fabrication d'une pièce telle que définie aux revendications 1 à 8, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : i. préparer la composition comprenant des nanoparticules de structure cristalline du type fullerène et/ou nanotube, et ii. recouvrir le profilé, en caoutchouc ou en élastomère, par la composition, pour former la couche superficielle, de sorte à obtenir ladite pièce. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que dans l'étape i, la composition comprend en outre un liant polymérique. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que dans l'étape i, les quantités de nanoparticules et de liant polymérique sont comprises respectivement entre 40 et 80 % en poids de la composition et entre 20 et 60 % en poids de la composition. 12. Procédé selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que le liant polymérique est choisi parmi les polyuréthanes, les silicones, les polyacrylates et les polyacrylonitriles, ou leur mélange. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes suivantes : disperser la composition dans un milieu liquide, avant l'étape ii, et traiter thermiquement la composition pour évaporer le milieu liquide, après l'étape ii, pour former la couche superficielle. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le milieu liquide est de l'eau ou un solvant organique. 15. Procédé selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que dans l'étape i, la composition comprend en outre un agent dispersant. 16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que l'étape ii. s'effectue par un procédé de recouvrement en voie sèche. 17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 et 13 à 15, caractérisé en ce que l'étape ii. s'effectue par un procédé de recouvrement en voie humide. 18. Utilisation de la pièce selon les revendications 1 à 8 comme lame d'essuyage pour balai d'essuie-glace de véhicule automobile. 19. Utilisation de la pièce selon la revendication 1 à 8 comme lécheur de surface vitrée pour porte de véhicule automobile.