Traitements de surfaces et dépôts de couches minces par un procédé de jet plasma à pression atmosphérique. Application à l’adhérence de structures hybrides pour l’allègement de véhicules automobiles

Surface treatments and thin film deposition using an atmospheric pressure plasma jet process. Application to the adhesion of hybrid structures for the lightening of motor vehicles

• Auteur / Autrice : Dhia Ben Salem
• Direction : Farzaneh Arefi-Khonsari, Jérôme Pulpytel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 30/09/2014
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interfaces et systèmes électrochimiques (Paris ; 1967-....)
• Jury : Président / Présidente : Claude Jolivalt
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Supiot, Jinbo Bai

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polyamides

Couches minces

Adhésion (physique)

Projection au plasma

Traitements de surface

Mots clés libres

Traitement de surface

Dépôt de couches minces

Plasma à pression atmosphérique

Adhésion

Allègement automobile

Technologie hybride polymère/métal

Surface treatment

Coatings

Atmospheric pressure plasma jet

Adhesion

Automobile lightweight

Hybrid technology polymer/metal

Résumé

Le développement de la technologie d’assemblage hybride polymère composite ou polymère métal est envisagé pour alléger le véhicule automobile et ainsi réduire les émissions de gaz à effet de serre. Le traitement de surfaces composites par jet plasma à pression atmosphérique a permis de mettre en évidence l’influence des différents paramètres sur l’état de surface, la fonctionnalisation, la cristallinité et les propriétés d’adhésion des composites avec le polymère injecté. Dans le cas du polyamide, une augmentation des propriétés d’adhésion suite au traitement par plasma a permis d’obtenir des valeurs répondant aux objectifs définis par le projet. Le dépôt de couches minces sur des substrats d’acier a également été envisagé pour résoudre les problèmes d’adhésion entre l’acier et le polymère injecté. Une méthode innovante d’injection de précurseurs par spray a été développée au cours du projet. Les couches minces ont été obtenues par le biais de deux précurseurs liquides : l’orthosilicate de tétraéthyle (TEOS) et l’isopropoxyde de titane (TTIP). L’étude de la morphologie et de la nature des fonctions présentes nous renseigne sur la structure du film et sur les mécanismes de dépôt qui dépendent étroitement des conditions de traitement. Dans le cas du TEOS, les valeurs d’adhésion ont permis d’obtenir une valeur d’adhésion voisine de 12 MPa dans les meilleures conditions. Un assemblage hybride associant les conditions optimales déterminées pour le traitement de surface du polyamide et le dépôt de couches minces sur l’acier a été conçu. Cet assemblage a ensuite permis l’obtention d’un dossier de siège hybride plus léger et possédant un comportement mécanique intéressant.

The development of polymer composite or metal polymer hybrid assembly technology is intended to reduce the automotive weight and the greenhouse gas emissions. Surface treatment of composites using atmospheric pressure plasma jet has highlighted the influence of various parameters on the morphology, on the surface functionalization, on the crystallinity and on the adhesion properties of polyamide to the injected polymer. In the case of polyamide, an increase of the adhesion properties due to the plasma surface treatment was obtained and meets the objectives defined by the project. The thin film deposition on steel substrates was also performed to resolve adhesion problems between the steel and the injected polymer. An innovation injection spraying system was developed during the project. Thin films were obtained by means of two liquid precursors: tetraethylorthosilicate (TEOS) and titanium isopropoxide (TTIP). The study on the morphology and the nature of the functions enable us to understand the mechanism intervening during the deposition which is heavily dependent on the processing conditions. In the case of TEOS, for the optimal condition the adhesion between the coating and the polymer injected was around 12 MPa which met with the objtectives defined by the project. A hybrid assembly combining the optimal conditions determined for the polyamide surface treatment and thin film deposition on steel was designed. This assembly was then used to obtain a lighter hybrid seat which has an interesting mechanical behavior.