Brevet FR2926485A1 — publié le 20090724

La présente invention concerne un procédé de liaison entre un composant métallique et un corps en matière thermoplastique, et l'utilisation de ce procédé pour réaliser par exemple une pédale de commande d'un véhicule automobile. L'adhésion d'un corps en matière thermoplastique sur un composant métallique est difficile, voire impossible, compte tenu notamment de la nature chimique et de la qualité de leur état de surface respectif. Les composants métalliques, qui présentent une importante énergie de surface, ont tendance à s'oxyder rapidement au contact de l'air. Cette oxydation du composant métallique provoque la création d'une couche d'oxydes à la surface du composant métallique qui empêche une adhérence mécanique et chimique suffisante d'un corps en matière thermoplastique sur ce dernier. Cette faible adhérence est également due au fait que les 15 thermoplastiques présentent généralement une faible énergie de surface mais également une très faible réactivité vis-à-vis de l'adhésion. Dans le domaine automobile, et plus particulièrement dans celui de la fabrication de pédales de commande d'un véhicule automobile, il est connu de noyer un insert métallique dans un corps en matériau thermoplastique. 20 Dans ce cas d'application, afin d'obtenir une adhésion mécanique satisfaisante de l'insert et du corps, il est nécessaire de prévoir un insert ayant une grande surface de contact avec le corps en matériau thermoplastique. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. Le problème technique à la base de l'invention consiste donc à 25 fournir un procédé de liaison entre un composant métallique et un corps en matière thermoplastique qui permette d'assurer une adhésion satisfaisante de ces deux éléments sans nécessiter de liaison mécanique importante entre ces derniers, tout en assurant la tenue dans le temps de l'adhésion. Un autre objectif de l'invention est de fournir un procédé de liaison 30 entre un composant métallique et un corps en matière thermoplastique qui permette de diminuer les surfaces de contact entre le corps en matériau thermoplastique et le composant métallique. A cet effet, la présente invention concerne un procédé de liaison entre un composant métallique et un corps en matière thermoplastique, 35 comprenant les étapes consistant à : a) prévoir un composant métallique, b) traiter au moins une portion de la surface extérieure du composant métallique avec un fluide inerte en phase supercritique apte à désoxyder cette portion de surface, c) déposer une couche d'un composé chimique intermédiaire sur la portion de surface traitée du composant métallique, le composé chimique étant agencé pour se lier chimiquement au composant métallique, le dépôt de la couche du composé chimique sur la portion de surface traitée du composant métallique étant réalisé par un traitement de surface du composant métallique par un fluide inerte, de préférence en phase supercritique, dans lequel est dissout et/ou mis en suspension le composé chimique, d) surmouler un corps en matière thermoplastique sur le composant métallique, au moins une partie du corps étant au contact de la portion de surface traitée du composant métallique, le composé chimique déposé sur le composant métallique étant agencé pour se lier chimiquement au corps en matière thermoplastique. L'étape de traitement de la surface du composant métallique permet de retirer la couche d'oxydes présente sur la surface du composant métallique, donc d'améliorer les propriétés d'adhérence du composant métallique. L'utilisation d'un fluide inerte en phase supercritique pour traiter la surface du composant métallique évite une oxydation de ce dernier durant cette étape de traitement, et assure une pénétration de la solution désoxydante profondément dans les porosités de surface du composant métallique de manière à obtenir un état de surface de ce dernier adapté au dépôt de la couche du composé chimique intermédiaire. En outre, l'utilisation d'un fluide inerte pour véhiculer le composé chimique assure le dépôt en profondeur de la couche du composé chimique sur l'ensemble de la surface du composant métallique. II doit être noté qu'un fluide se trouve dans un état supercritique lorsque la pression et la température de ce fluide permettent que ce dernier se trouve entre un état gazeux et un état liquide. Dans cet état, le fluide se comporte avec les propriétés solvantes du liquide et la mobilité de pénétration et de fluidité du gaz. Avantageusement, les étapes b) et c) sont réalisées sous une 35 atmosphère inerte sans oxygène. Ces dispositions permettent d'éviter que la surface extérieure du composant métallique s'oxyde durant les étapes de traitement de surface, et de dépôt de la couche du composé chimique. De préférence, le fluide inerte utilisé lors des étapes b) et c) comprend du CO2 en phase supercritique. Avantageusement, le fluide inerte en phase supercritique utilisé lors de l'étape b) comprend au moins une solution désoxydante et une solution dégraissante et/ou solvante, mises en solution dans ce fluide. Le composé chimique comprend avantageusement des molécules de silane, et de préférence des molécules d'organo-silane. Les silanes ou organo-silanes sont des molécules comportant des fonctions minérales, tel que des fonctions amines, et des fonctions organiques. Lors du dépôt de la couche de silane ou d'organo-silane sur la surface traitée du composant métallique, les fonctions minérales des silanes réagissent chimiquement avec les groupements hydroxyles présents à la surface métallique du composant métallique. Ainsi, les molécules de silane ou d'organo-silane sont fixées chimiquement au composant métallique, et la surface externe du composant métallique présente, du fait de la présence des fonctions organiques des molécules de silane ou d'organo-silane, des fonctions organiques réactives adaptées pour coopérer chimiquement avec la surface du corps en matière thermoplastique, donc pour permettre une adhérence chimique du corps sur le composant métallique. Cette adhésion chimique est durable dans le temps compte tenu du fait que la réversibilité des réactions chimiques entre les groupements hydroxyles du composant métallique et les fonctions minérales des molécules de silane ou d'organo-silane, et entre les fonctions organiques des molécules de silane ou d'organo-silane et le corps, est quasiment inexistante. De préférence, l'étape c) de dépôt de la couche du composé chimique sur la portion de surface traitée du composant métallique est réalisée par un traitement de surface du composant métallique par un fluide inerte en phase supercritique dans lequel sont dissoutes et/ou mises en suspension des molécules de silane ou organo-silane. L'utilisation d'un fluide inerte pour véhiculer les molécules de silane ou d'organo-silane évite une oxydation de la surface du composant métallique, donc maintient un état de surface du composant métallique adapté à la fixation chimique des molécules de silane ou d'organo-silane sur ce dernier. En outre, l'utilisation d'un fluide inerte en phase supercritique assure le dépôt en profondeur de la couche de silane ou d'organo-silane sur l'ensemble de la surface du composant métallique. Avantageusement, les étapes b) à d) sont réalisées sur une même 5 presse à injection. De préférence, le procédé comprend une étape a') réalisée avant l'étape b) consistant à introduire le composant métallique dans un moule et à fermer le moule afin de former une enceinte de traitement. Avantageusement, les étapes b) et c) sont réalisées pendant que le 10 composant métallique est enfermé dans le moule. L'enceinte de traitement est maintenue, durant les étapes b) et c), sous une atmosphère sans oxygène, par exemple une atmosphère de 002 à pression supérieure à la pression atmosphérique. Avantageusement, le moule recevant le composant métallique 15 comporte des empreintes complémentaires, le composant métallique étant monté dans une première empreinte et étant présenté successivement devant une deuxième empreinte agencée pour former avec la première empreinte l'enceinte de traitement afin de réaliser les étapes b) et c), et devant une troisième empreinte agencée pour former avec la première empreinte une 20 cavité de surmoulage afin de réaliser l'étape d). Durant l'étape de dépôt de la couche de silane ou d'organo-silane sur le composant métallique, des molécules de silane ou d'organo-silane se déposent également sur la surface intérieure de la deuxième empreinte. II est donc nécessaire, si la deuxième empreinte n'est pas adaptée, 25 de remplacer cette dernière par une autre empreinte, de manière à éviter une adhérence de la matière thermoplastique injectée dans le moule sur la surface de la deuxième empreinte. Le fait que le composant métallique soit présenté devant une troisième empreinte pour réaliser l'étape d) évite ainsi des difficultés de 30 démoulage du corps en matière thermoplastique. Dans ce cas, le déplacement successif de la première empreinte devant les deuxième et troisième empreintes peut être robotisé ou obtenu par rotation de la première empreinte devant les deuxième et troisième empreintes. Selon une variante du procédé, ce dernier comprend une étape c') 35 avant l'étape d) consistant à introduire le composant métallique dans un moule et à fermer le moule afin de former une cavité de surmoulage. Selon une autre variante du procédé, le procédé comprend une étape c" réalisée entre les étapes c) et d) et consistant à surmouler ou déposer une couche élastomère ou thermoplastique élastomère intermédiaire sur la portion de surface traitée du composant métallique. La présente invention concerne également une utilisation du procédé selon l'invention, pour réaliser une pédale de commande d'un véhicule automobile comprenant un composant ou insert métallique et un corps en matière thermoplastique. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé illustrant, à titre d'exemple non limitatif, une forme de mise en oeuvre de ce procédé de liaison. Les figures 1 à 8 illustrent un procédé de fabrication d'une pédale de commande d'un véhicule automobile, comprenant les étapes consistant à : i) prévoir un insert métallique 2 de pédale de commande d'un véhicule automobile, ii) introduire l'insert métallique 2 dans une première empreinte 3 de moule, comme cela est montré sur la figure 1, iii) présenter l'insert métallique 2 devant une deuxième empreinte 4 20 de moule complémentaire de la première empreinte 3 et agencée pour former avec cette dernière une enceinte de traitement 5, iv) fermer le moule MI en déplaçant les première et deuxième empreintes 3, 4 dans le sens des flèches FI et F2 et en faisant coopérer les première et deuxième empreintes de manière à former l'enceinte de traitement 25 5 (voir figures 2 et 3), v) traiter la surface extérieure de l'insert 2 avec un fluide inerte en phase supercritique pouvant être du CO2 en phase supercritique dans lequel sont dissoutes et/ou mises en suspension une solution désoxydante et une solution dégraissante et/ou solvante sous forme de cosolvants, le fluide inerte 30 étant introduit dans l'enceinte de traitement 5 par un canal d'alimentation 6 ménagé dans la première empreinte 3 et relié à une source de fluide (non représentée sur les figures), et étant extrait de l'enceinte de traitement 5 par un canal de refoulement 7 ménagé dans la première empreinte 3 (voir figure 4), vi) déposer une couche de silane ou d'organo-silane 9 sur la 35 portion de surface traitée de l'insert 2. Le dépôt de cette couche de silane ou d'organo-silane 9 est obtenu par un traitement de surface de l'insert 2 par un fluide inerte en phase supercritique comprenant du CO2 en phase supercritique dans lequel sont dissoutes et/ou mises en suspension des molécules de silane ou d'organo-silane 8. Le fluide inerte est introduit dans l'enceinte de traitement 5 par le canal d'alimentation 6, et est extrait de cette enceinte par le canal de refoulement 7 (voir figure 5). L'enceinte de traitement 5 est maintenue, durant les étapes v) et vi), sous une atmosphère sans oxygène, par exemple une atmosphère de CO2 à une pression supérieure à la pression atmosphérique, de manière à éviter une réoxydation de la surface extérieure de l'insert 2. Le fluide supercritique présente de préférence une pression supérieure ou égale à 74 bars et une température supérieure ou égale à 31 °C, 15 ces valeurs restant des ordres de grandeur. Il doit être noté que l'introduction de l'insert métallique 2 dans la première empreinte 3 de moule d'injection peut être robotisée. Le procédé de liaison comprend les étapes suivantes réalisées après l'étape vi) et consistant à : 20 vii) déplacer les première et deuxième empreintes 3, 4 en les éloignant l'une de l'autre dans le sens des flèches F3 et F4 représentées sur la figure 5, viii) retirer l'insert 2 de la première empreinte de moule 3, ix) introduire l'insert 2 dans une troisième empreinte 11 de moule 25 d'injection (voir figure 6), x) présenter l'insert métallique 2 devant une quatrième empreinte 12 de moule d'injection complémentaire de la troisième empreinte 11 et agencée pour former avec cette dernière une cavité de surmoulage 13, xi) fermer le moule d'injection M2 en faisant coopérer les troisième 30 et quatrième empreintes 11, 12 de manière à former la cavité de surmoulage 13 (voir figure 7), xii) surmouler un corps en matière thermoplastique 14 sur l'insert 2 (voir figure 8). Le surmoulage du corps en matière thermoplastique 14 est réalisé 35 en injectant de la matière thermoplastique en fusion dans la cavité de moulage 13 par un canal d'injection 15 ménagé dans la quatrième empreinte 12 et débouchant dans la cavité de moulage 13. Les étapes ii) à xii) sont de préférence réalisées sur une même presse à injection. II doit être noté que l'introduction de l'insert métallique 2 dans la troisième empreinte de moule 11 peut être robotisée. Il doit également être noté que le déplacement de l'insert 2 entre la première empreinte 3 et la troisième empreinte 11 peut être réalisé sans risque d'oxydation de l'insert 2 du fait de la présence de la couche de silane ou organo-silane déposée sur la surface de l'insert et protégeant ce dernier. Selon un mode de mise en oeuvre du procédé non représenté sur les figures, le procédé pourrait comprendre une étape supplémentaire réalisée entre les étapes v) et vi) et consistant à surmouler ou déposer une couche élastomère ou thermoplastique élastomère intermédiaire sur la portion de surface traitée de l'insert. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes de mise en oeuvre de ce procédé de liaison, décrites ci-dessus à titre d'exemples, elle en embrasse au contraire toutes les variantes de mise en oeuvre et d'application, la fabrication d'une pédale n'étant qu'un exemple parmi de très nombreuses possibilités d'utilisation. REVENDICATIONS 1. Procédé de liaison entre un composant métallique (2) et un 5 corps en matière thermoplastique (14), comprenant les étapes consistant à : a) prévoir un composant métallique (2), b) traiter au moins une portion de la surface extérieure du composant métallique (2) avec un fluide inerte en phase supercritique apte à désoxyder cette portion de surface, 10 c) déposer une couche (9) d'un composé chimique intermédiaire sur la portion de surface traitée du composant métallique (2), le composé chimique étant agencé pour se lier chimiquement au composant métallique, le dépôt de la couche (9) du composé chimique sur la portion de surface traitée du composant métallique (2) étant réalisé par un traitement de surface du 15 composant métallique par un fluide inerte, de préférence en phase supercritique, dans lequel est dissout et/ou mis en suspension le composé chimique, d) surmouler un corps en matière thermoplastique (14) sur le composant métallique (2), au moins une partie du corps (14) étant au contact 20 de la portion de surface traitée du composant métallique (2), le composé chimique déposé sur le composant métallique étant agencé pour se lier chimiquement au corps en matière thermoplastique (14). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les étapes b) et c) sont réalisées sous une atmosphère inerte sans oxygène. 25 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le fluide inerte utilisé lors des étapes b) et c) comprend du CO2 en phase supercritique. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le fluide inerte en phase supercritique utilisé lors de l'étape b) comprend au moins une solution désoxydante, mise en solution dans ce fluide. 30 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le fluide inerte en phase supercritique utilisé lors de l'étape b) comprend au moins une solution dégraissante et/ou solvante, mise en solution dans ce fluide. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le composé chimique comprend des molécules de silane, et de préférence des 35 molécules d'organo-silane (8). 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel l'étape c) de dépôt de la couche (9) du composé chimique sur la portion de surface traitée du composant métallique (2) est réalisée par un traitement de surface du composant métallique par un fluide inerte en phase supercritique dans lequel sont dissoutes et/ou mises en suspension des molécules de silane ou organosilane (8). 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel les étapes b) à d) sont réalisées sur une même presse à injection. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, comprenant une étape a') réalisée avant l'étape b) consistant à introduire le composant métallique (2) dans un moule (MI) et à fermer le moule (MI) afin de former une enceinte de traitement (5). 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel les étapes b) et c) sont réalisées pendant que le composant métallique est enfermé dans le 15 moule (MI). 11. Procédé selon les revendications 2 et 10, dans lequel l'enceinte de traitement (5) est maintenue, durant les étapes b) et c), sous une atmosphère sans oxygène, par exemple une atmosphère de CO2 à pression supérieure à la pression atmosphérique. 20 12. Procédé selon l'une des revendications 9 à 11, dans lequel le moule recevant le composant métallique (2) comporte des empreintes complémentaires, le composant métallique étant monté dans une première empreinte, et étant présenté successivement devant une deuxième empreinte agencée pour former avec la première empreinte l'enceinte de traitement afin 25 de réaliser les étapes b) et c), et devant une troisième empreinte agencée pour former avec la première empreinte une cavité de surmoulage afin de réaliser l'étape d). 13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, comprenant une étape c') avant l'étape d) consistant à introduire le composant métallique (2) 30 dans un moule (M2) et à fermer le moule (M2) afin de former une cavité de surmoulage (13). 14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, comprenant une étape c") réalisée entre les étapes c) et d) et consistant à surmouler ou déposer une couche élastomère ou thermoplastique élastomère intermédiaire 35 sur la portion de surface traitée du composant métallique. 15. Utilisation du procédé selon l'une des revendications 1 à 14, pour réaliser une pédale de commande d'un véhicule automobile comprenant un composant ou insert métallique (2) et un corps en matière thermoplastique (14).