Brevet FR3020471A1 — publié le 20151030

PROCEDE DE TRAITEMENT DE SURFACE D'UNE PIECE TRANSPARENTE ET PIECE AINSI TRAITEE L'invention se rapporte au traitement de surface de pièces obtenues par un processus de moulage par injection de matière transparente à la lumière et concerne plus particulièrement le traitement des surfaces intérieures des vitres ou glaces de projecteurs et feux de véhicules automobiles qui sont sujettes à l'apparition de la buée (eau de condensation constituée de gouttes d'eau microscopiques). La buée donne un aspect blanchâtre à une surface initialement transparente et brillante et altère donc à la fois le rendu visuel de la surface et ses propriétés optiques, notamment la transparence de ladite surface. D'autre part, en ce qui concerne plus particulièrement les surfaces vitrées des projecteurs et feux de véhicules automobiles, la buée peut altérer les propriétés photométriques des faisceaux lumineux traversant la surface embuée. Le phénomène de condensation est d'autant plus gênant vis-à-vis des projecteurs ou feux utilisant des LEDs qui équipent de plus en plus de véhicules. En effet, l'humidité s'infiltre de différentes manières à l'intérieur des projecteurs et des feux. Parmi les causes d'humidité, on compte la perméabilité de matériaux : l'humidité pénètre le boitier du projecteur ou du feu au travers du plastique. Toutefois, l'une des plus importantes sources est l'absorption et la désorption de l'humidité par les composants plastiques du projecteur ou du feu. Quelques gouttes d'eau suffisent pour causer une importante condensation à l'intérieur du projecteur ou du feu. La condensation est un phénomène physique qui apparaît le plus souvent dans des zones assez froides. Contrairement au projecteur halogène ou au xénon, la chaleur générée par le projecteur à LEDs n'est pas dégagée vers la vitre mais vers l'arrière du projecteur (fond du boitier). La zone la plus froide du projecteur à LEDs se situe donc plutôt au niveau de la vitre du projecteur. Toute condensation impacte donc directement la transparence de la vitre. Ce qui peut provoquer des plaintes de la part du client et des réclamations sous garantie et au final, une baisse de l'image de marque du constructeur automobile. Aujourd'hui, pour réduire ou supprimer la condensation sur lesdites surfaces, on utilise soit des systèmes d'aération ou ventilation (augmentation de l'aération des surfaces) soit des revêtements chimiques avec un comportement fortement hydrophile ou hydrophobe, comme par exemple des vernis ou des films chimiques, ou encore des évents dotés de membranes en PTFE expansé avec des pores laissant passer l'air (Events GORE® Automotive Vents) Les principaux défauts de ces solutions sont leur coût d'application (processus spécifique lors de la fabrication) et leur coût de matière première ou pièce, ainsi que leur vieillissement notamment pour les revêtements chimiques : perte d'efficacité, apparition de trace d'usure. Il est connu, notamment du document US2012/0156431A1 de texturer des surfaces transparentes en polymère, telles que des surfaces de vitres latérales, pare-brise ou miroir de véhicules automobiles afin qu'elles puissent résister à l'apparition de buée. La texturation, ou structuration de surface, désigne à la fois un procédé de gravure et l'état de surface d'un matériau obtenu par le procédé. Une surface texturée est généralement constituée d'une topographie de motifs, ou aspérités, caractérisés notamment par leur rugosité, leur forme, leurs dimensions : largeur (ou diamètre), profondeur, leur orientation, leur périodicité, leur étendue et densité sur la surface ; ... Le document US2012/0156431A1 divulgue l'utilisation d'un procédé de photolithographie thermique pour texturer la surface d'une pièce en résine obtenue après moulage par injection. Il est connu qu'une surface non lisse, donc rugueuse, présente une mouillabilité augmentée ou diminuée par rapport à une surface lisse. Par exemple la feuille de lotus a une propriété presque entièrement non mouillante, dite super-hydrophobe (les gouttes d'eau ont tendance à former des sphères et à rouler à la surface de la feuille : l'eau n'adhère pas à la surface). Cette observation peut être reliée à sa surface très rugueuse, elle comporte en effet une texturation à plusieurs échelles. D'ailleurs les deux approches, soit celle de rendre la surface plus mouillante (plus hydrophile) soit moins mouillante (plus hydrophobe) sont envisageables pour un traitement antibuée. Dans le premier cas, l'objectif consiste à favoriser l'étalement des gouttes d'eau afin de créer un film d'eau à priori transparent, translucide, ce qui est important pour la visibilité (p.ex. faisceaux lumineux pour les projeteurs et les feux, vision pour les vitres). Dans le deuxième cas, l'objectif est de s'assurer que les gouttes d'eau perlent plus facilement sur la surface et ne gênent pas la vision et la transparence de la surface. Dans les deux cas, il est souhaitable d'aller vers une hydrophobie ou hydrophilie importante, avantageusement vers des angles de contact inférieurs à 300 ou supérieurs à 1600, on parle ainsi des suriices superhydrophiles ou superhydrophobes. On définit aussi un angle de glissement (ou angle de « roll-off » ou « sliding angle » en terminologie anglo-saxonne), qui correspond à l'angle minimum d'inclinaison du plan (par rapport à l'horizontale) à partir duquel une goutte se met à glisser sur la surface. Cet angle dépend en particulier du volume de la goutte, car il caractérise la compétition entre la résistance au glissement de la goutte et la gravité. Il est mesurable par un tensiomètre à gouttes. Le polycarbonate est un matériau usuellement utilisé pour la réalisation de vitre de projecteurs ou feux de véhicule du fait de ses propriétés de transparence et de résistance mécanique. Le procédé de texturation d'un tel matériau ne doit pas altérer ces deux propriétés à savoir la transparence et la solidité du matériau. Un projecteur ou feu de véhicule automobile comporte un boitier fermé de manière étanche par une vitre transparente, et une source de lumière disposée à l'intérieur du boitier apte à émettre un faisceau lumineux traversant la vitre. La face de la vitre, en regard de la source de lumière, doit donc être texturée pour d'une part favoriser la mouillabilité de la face et ainsi réduire la buée à l'intérieur du boitier et, d'autre part, « favoriser » la propagation des longueurs d'onde du faisceau lumineux, au travers de ladite face, sans altérer les propriétés photométriques de la lumière ni dévier la direction du faisceau lumineux s'agissant d'une vitre de projecteur. Enfin, la texturation doit être fiable et reproductible de manière industrielle sur la pièce transparente en polymère. Le procédé de gravure divulgué dans le document US2012/0156431A1 ne garantit pas la reproductibilité de la topographie à l'échelle industrielle et n'est par ailleurs pas adapté à un process industriel. Les contraintes auxquelles sont tenues les projecteurs et feux de signalisation de véhicules automobiles ne sont pas abordées dans ce document et, notamment, le respect de la qualité photométrique du faisceau lumineux en sortie de projecteur ou du feu de signalisation. L'invention a pour but de remédier notamment à ces inconvénients. A cet effet la présente invention a pour premier objet un procédé de traitement d'une surface de pièce transparente en polymère consistant, dans une première étape, à graver une topographie déterminée de motifs en relief sur la surface extérieure d'un moule métallique par un moyen de texturation mécanique, et dans un deuxième étape, à appliquer le moule sous pression sur la surface de la pièce à traiter de manière à reproduire les motifs du moule en négatif sur la pièce ; ladite topographie des motifs étant adaptée au type de polymère pour d'une part, optimiser la mouillabilité de la surface empêchant la formation de buée sur ladite surface et d'autre part, ne pas impacter les propriétés optiques de la pièce. Selon une caractéristique, la topographie comporte des échelles multiples allant de l'ordre du nanomètre jusqu'au micromètre. Selon une autre caractéristique, les motifs ont des formes sinusoïdales de période de l'ordre de quelques micromètres définissant des vaguelettes dont les dimensions sont de l'ordre de quelques centaines de nanomètres. Selon une autre caractéristique, la période des motifs est de quelques micromètres et les dimensions des vaguelettes sont de quelques centaines de nanomètres. Selon une autre caractéristique, l'échelle des motifs est inférieure à la plus faible longueur d'onde qu'un faisceau lumineux pourrait traverser. Selon une autre caractéristique, les motifs sont déterminés pour que l'angle de contact entre les gouttes d'eau formant la buée et les motifs soit inférieur à 60° ou supérieur à 120. A titre de variante, les motifs sont déterminés pour que l'angle de contact entre les gouttes d'eau formant la buée et les motifs soit inférieur à 300 ou supérieur à 160°. Selon une autre caractéristique, le moyen de texturation est un laser 5 femtoseconde. Selon une autre caractéristique, le moule est en acier et le polymère est un polycarbonate. L'invention a pour second objet une vitre de projecteur ou feu de véhicule automobile du type comportant un boitier fermé de manière étanche par ladite 10 vitre, et au moins une source de lumière disposée à l'intérieur du boitier apte à émettre un faisceau lumineux dirigé au travers de ladite vitre, caractérisé en ce qu'au moins une zone de la face intérieure de la vitre, apte à être mise en regard de la source de lumière, est traitée selon le procédé selon l'une quelconques des revendications précédente pour, d'une part, favoriser ou au contraire réduire la 15 mouillabilité de la face et ainsi être apte à réduire la buée à l'intérieur du boitier et, d'autre part, être apte à favoriser la propagation des longueurs d'onde du faisceau lumineux, au travers de ladite face, sans altérer les propriétés photométriques de la lumière ni dévier la direction du faisceau lumineux. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages ressortiront à la 20 lecture de la description qui suit, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins sur lesquels : - la figure 1 illustre un insert de moulage en métal ; - la figure 2 illustre une vue microscopique de l'état de surface d'une première zone de l'insert poli sans texturation ; 25 - la figure 3 illustre une vue microscopique de la surface d'une deuxième zone de l'insert obtenue après texturation de la surface par le procédé selon l'invention ; - la figure 4 illustre une éprouvette en polycarbonate (PC) obtenue par injection et dont la partie centrale de sa surface extérieure de longueur L est 30 texturée suivant le procédé selon l'invention ; et - la figure 5 illustre schématiquement les profils respectifs, selon une coupe transversale suivant X, de l'insert (en haut) et de l'éprouvette (en bas). Sur les figures, les mêmes références numériques désignent les mêmes éléments. Les échelles des figures ne sont pas respectées. Le procédé selon l'invention consiste avantageusement à texturer un moule métallique, notamment en acier, pour reproduire l'empreinte du moule en négatif sur une pièce en polymère, notamment du polycarbonate, obtenue par injection. La gravure ou texturation du moule est avantageusement réalisée en utilisant un laser de type femtoseconde mais d'autres moyens de texturation mécanique peuvent être utilisés comme le sablage, l'usinage (fraisage), ... Un laser femtoseconde permet de créer des impulsions très brèves (de l'ordre d'une centaine de femtosecondes, c'est-à-dire environ 1 x 10-13 s). Or, cette durée d'impulsions permet des puissances très élevées. Les intérêts du laser femtoseconde sont multiples : - possibilité de texturation de moule industriel en métal ; - capacité à créer une texturation, par ablation de matière, sans altérer les propriétés massives du moule et donc sans le fragiliser génération de texturations « multi échelles » contrôlées : du micromètre au nanomètre. De plus, le procédé de texturation selon l'invention utilisant un laser femtoseconde, testé sur plusieurs échantillons de pièces en polymère, a confirmé la reproductibilité de la texturation réalisée en négatif sur lesdits échantillons. Il a été vérifié par ailleurs, une différence de comportement du polycarbonate au mouillage et à la buée en fonction de la topographie choisie pour la texturation. Fort de cette constatation, le procédé consiste à optimiser la topographie de la surface, c'est-à-dire : l'étendue, la forme, les dimensions (largeur), la profondeur, la densité et la rugosité des motifs, ou aspérités, qui ressortent en relief de la surface considérée. L'échelle des motifs doit être plus faible que la longueur d'onde du faisceau lumineux qui doit traverser la surface de la vitre, afin de garder le caractère transparent de la surface sans dégradation des propriétés photométriques du faisceau lumineux ni diffraction du faisceau lumineux qui pourrait altérer la direction du faisceau ; paramètre important s'agissant d'un faisceau lumineux de type feu de croisement ou feu de route. On désignera dans la suite par « zone texturée » la partie de la pièce reproduisant les motifs ou « ripples » de l'insert ; le reste de la pièce (partie complémentaire de la « zone texturée ») sera désigné par « zone non- texturée ». Un exemple de topographie, obtenu par le procédé selon l'invention est illustré aux figures 1 à 3. Ces différentes figures illustrent une partie amovible d'un moule appelé « insert », selon une vue optique microscopique des zones « polies » et texturée de l'insert, utilisé pour l'injection du polycarbonate (PC). La figure 4 illustre une pièce en polycarbonate, en forme de barrette, obtenue par injection selon des techniques connues. A titre indicatif, la barrette illustrée mesure 40 mm de long, 15 mm de large et 3 mm d'épaisseur. Seule sa partie centrale sur 1 cm2 est texturée, ce qui n'est pas visible sur la figure. La zone texturée présente une topographie de motifs ou aspérités dont l'échelle principale est micrométrique (cf. figure 3). Les motifs présentent des formes générales sinusoïdales de période de l'ordre de quelques centaines de nm, typiquement 600 nm. Ces motifs sont aussi connus sous le nom « ripples » (vaguelettes). La largeur des vaguelettes est de l'ordre de quelques centaines de nanomètres, typiquement de 600nm. Pour « quantifier » la qualité de la réplication/reproductibilité des motifs sur le PC, les paramètres caractérisant la rugosité sont mesurés puis comparés à ceux de la surface de l'insert. Les principaux paramètres exploités pour la mesure sont les suivants : - Ra, l'écart moyen arithmétique du profil, ainsi que Rq, écart moyen quadratique, donnent des informations sur l'amplitude moyenne des aspérités de surface. Par hypothèse : plus les valeurs obtenues pour la réplique en PC sont proches des valeurs de la topographie de l'insert plus la réplication est de bonne qualité ; - Rsk, le facteur d'asymétrie du profil (ou « skewness ») de rugosité de la réplique en PC devrait quant à lui avoir une valeur opposée à sa mesure dans le cas de l'insert, puisque la réplique doit (dans le cas idéal) avoir le profil négatif du moule. - Rku, le facteur d'aplatissement du profil (ou « kurtosis ») de la réplique devrait avoir une valeur identique à celui de l'insert, au phénomène près de retrait de la matière lors de l'injection susceptible de rendre le profil du PC « plus plat » qu'attendu. La figure 5 donne une représentation schématique des profils respectifs de l'insert (moule) et de la barrette (pièce) considérée dans sa partie centrale texturée après impression de la texturation du moule sur la pièce. Former de la buée sur une surface revient à y faire adhérer des (centaines de) milliers de gouttes très fines : on comprend dès lors facilement que ce phénomène d'apparition de buée est intrinsèquement lié au mouillage d'une surface. Grâce à la texturation de la pièce injectée, l'eau, par exemple en forme de gouttes, au contact de la surface, a un comportement plus mouillant ou au contraire moins mouillant. Pour l'exemple d'un projecteur ou feu automobile, quand les conditions météorologiques sont réunies et qu'une condensation d'eau a lieu, le fait d'avoir une texturation très hydrophile (voire superhydrophile) favorise l'étalement des gouttes d'eau de condensation et ainsi la diffraction et diffusion de la lumière est réduite ou empêchée. Au contraire, une texturation hydrophobe favorisera une génération de perles d'eau qui s'accrocheront moins à la surface et qui perleront/couleront sur cette dernière évitant ou limitant l'opacification de la surface. Ces deux approches réduisent ou suppriment la gêne causée par la buée, soit en l'étalant soit en l'évacuant. Selon le procédé de l'invention, lors de la fabrication de la vitre du projecteur ou du feu par injection, on choisit une texturation du moule, apte à être répliquée sur la face intérieure de la vitre, assurant une mouillabilité optimisée de cette dernière, et permettant ainsi de réduire ou supprimer le dépôt de goutte d'eau issu de la condensation tout en gardant les propriétés optiques du projecteur ou du feu. Le procédé de traitement selon l'invention permet une texturation « de masse » de vitre de projecteurs ou de feux : une fois le moule métallique texturé, il est ensuite possible de produire plusieurs vitres en polymère transparent texturées en conservant les mêmes conditions de production que celles de la fabrication de la vitre elle-même. REVENDICATIONS1. Procédé de traitement d'une surface de pièce transparente en polymère consistant, dans une première étape, à graver une topographie déterminée de motifs en relief sur la surface extérieure d'un moule métallique par un moyen de texturation mécanique, et dans une deuxième étape, à appliquer le moule sous pression sur la surface de la pièce à traiter de manière à reproduire les motifs du moule en négatif sur la pièce ; ladite topographie des motifs étant adaptée au type de polymère pour d'une part, optimiser la mouillabilité de la surface empêchant la formation de buée sur ladite surface et d'autre part, ne pas impacter les propriétés optiques de la pièce. 2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la topographie comporte des échelles multiples allant de l'ordre du nanomètre jusqu'au micromètre. 3. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les motifs ont des formes sinusoïdales de période de l'ordre de quelques micromètres définissant des vaguelettes dont les dimensions sont de l'ordre de quelques centaines de nanomètres. 4. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'échelle des motifs est inférieure à la plus faible longueur d'onde qu'un faisceau lumineux pourrait traverser. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les motifs sont déterminés pour que l'angle de contact entre les gouttes d'eau formant la buée et les motifs soit inférieur à 600 ou supérieur à 120°. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les motifs sont déterminés pour que l'angle de contact entre les gouttes d'eau formant la buée et les motifs soit inférieur à 30° ou supérieur à 160°. 7. Procédé de traitement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de texturation est un laser femtoseconde. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moule est en acier et en ce que le polymère est un polycarbonate. 9. Vitre de projecteur ou feu de véhicule automobile du type comportant un boitier fermé de manière étanche par ladite vitre, et au moins une source de lumière disposée à l'intérieur du boitier apte à émettre un faisceau lumineux dirigé au travers de ladite vitre, caractérisé en ce qu'au moins une zone de la face intérieure de la vitre, apte à être mise en regard de la source de lumière, est traitée selon le procédé selon l'une quelconques des revendications précédente pour, d'une part, favoriser ou au contraire réduire la mouillabilité de la face et ainsi être apte à réduire la buée à l'intérieur du boitier et, d'autre part, être apte à favoriser la propagation des longueurs d'onde du faisceau lumineux, au travers de ladite face, sans altérer les propriétés photométriques de la lumière ni dévier la direction du faisceau lumineux.15