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Unité Matériaux et Transformations
CNRS UMR 8207 - Université de Lille

UMET - Traitement de surface

L’équipe « traitement de surface » du laboratoire applique différentes méthodes de traitement afin de modifier la surface de différents matériaux (polymères, métaux, biomatériaux, textiles...). Le laboratoire PERF dispose au Rez-de-Chaussée de l’ENSCL un certain nombre d’équipements permettant ces traitements et leur caractérisation.

Banc de pulvérisation CLID
Banc de pulvérisation CLID

Pulvérisation

Le laboratoire dispose depuis juin 2008 d’un banc de pulvérisation CLID, équipé d’un plateau tournant et de deux pistolets. Il est possible de pulvériser des liquides de faible viscosité aussi bien que des liquides plus pâteux, grâce à une pompe haute pression.

Actuellement nous pulvérisons principalement des peintures, vernis et mélanges sol-gel.

Foulard (HGM)
Foulard (HGM)

Foulardage

Le foulard est une technique très appréciée dans le milieu textile : cet appareil permet l’imprégnation d’un textile dans un liquide, le textile passe ensuite à une pression choisie entre des rouleaux, le nombre de fois désirées.

Cette technique permet une imprégnation en profondeur et évite que le textile ne s’égoutte à la sortie.

Banc de flammage (IPROS)
Banc de flammage (IPROS)

Banc de flammage

Le flammage consiste à exposer la surface d’un matériau (la plupart du temps un polymère) à une flamme oxydante générée par la combustion d’un hydrocarbure. L’oxydation thermique qui en résulte permet l’introduction de fonctions polaires dans les molécules de la surface du matériau. Cela a pour effet d’une part d’augmenter l’énergie de surface et donc la mouillabilité et d’autre part de créer des fonctions chimiques en surface pouvant interagir avec les fonctions présentes dans l’adhésif. Ce traitement permet également de brûler les contaminations organiques résiduelles telles que les huiles et les graisses pour lesquelles le dégraissage serait resté inefficace. Le flammage est un procédé simple à mettre en œuvre. Il est appliqué industriellement à des matériaux suffisamment épais et avec des géométries relativement simples.

Ce procédé a pour avantage de limiter l’utilisation de produits chimiques. Il est assez peu coûteux et c’est un procédé simple à mettre en œuvre qui peut être utilisé en continu.

Afin d’optimiser le traitement, plusieurs paramètres peuvent être modifiés tels que la distance de l’échantillon à la base de la flamme, le nombre de passages sous la flamme et la vitesse de l’échantillon sous la flamme. La nature du gaz peut être un paramètre supplémentaire (air/propane ou air/méthane).

Plasma froid basse pression

Le traitement par plasma dit « froid » (ou hors équilibre) est une des techniques de traitement de surface ayant le champ d’application le plus vaste. Ainsi, lors de l’application de cette dernière, on peut faire intervenir de nombreux gaz dont certains tels que l’argon, l’oxygène, l’azote, l’ammoniac ou le fluor sont parmi les plus couramment utilisés. La nature des gaz utilisés va permettre de conférer aux matériaux traités des propriétés de surface spécifiques pour des applications données.

Le laboratoire dispose de plusieurs équipements de traitement plasma froid basse pression destinés à des applications différentes.

La première enceinte est une enceinte de 1m*1m*10 cms3 permettant de traiter de grandes feuilles ou plaques de divers matériaux (polymères, verre, métaux...). Le générateur (Dressler) est un générateur Radio-Fréquence (13,56MHz) et l’enceinte dispose de 3 entrées de gaz.

Cette enceinte sert essentiellement à effectuer du décapage (gaz Ar par exemple), de la fonctionnalisation (modification d’énergie de surface avec de l’oxygène ou des gaz fluorés), ou de la polymérisation in situ après imprégnation par foulardage.

La seconde enceinte est polyvalente : on peut lui adapter un générateur Radiofréquence, micro -ondes ou micro-ondes pulsées, et la géométrie de l’enceinte permet de traiter des objets 3D ainsi que des poudres.

Le dernier réacteur utilise un système de plasma généré par uné générateur micro-ondes (2,45 GHz), en post-décharge, qui permet d’effectuer de la PACVD (Plasma Assisted Chemical Vapor Deposition).

Enceinte plasma RF (Europlasma)Enceinte plasma polyvalente (Europlasma)Enceinte plasma
Enceinte plasma RF (Europlasma)Enceinte plasma polyvalente (Europlasma)Enceinte plasma
Digidrop (GBX)
Digidrop (GBX)

Techniques de caractérisation

Les traitements précédents peuvent être caractérisés par différentes méthodes :

  • L’énergie de surface est caractérisée par la mesure de l’angle de contact, réalisée avec un goniomètre Digidrop GBX, à température contrôlée.
  • Les modifications chimiques peuvent être caractérisées par FTIR-ATR diamant, par XPS (disponible à l’USTL) et microsonde électronique.
  • Les modifications de surface sont analysables par MEB et AFM.
  • L’épaisseur des revêtements est caractérisée par profilométrie (IEMN)
  • L’adhésion peut être évaluée par des tests simples dits « à la rayure » ou par des tests normalisés.
 
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