L’analyse du comportement à l’hygrométrie a également démontré l’existence de fortes disparités. Les échantillons traités ont été stockés sous une atmosphère contrôlée, à des hygrométries respectives de 98%, 60% et 30%, pendant 48 heures.
Figure III.22. : Etude comparée de la rémanence à 48 heures d’un traitement plasma (traitement B) pour plusieurs niveaux d’hygrométrie de l’atmosphère de stockage
sur différents polymères thermodurcissables.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
A l’exception du polymère de type F, on observe une nette amélioration de la rémanence du traitement pour des atmosphères à faibles hygrométries. Dans le cas des polymères P et U, on constate que la cinétique de réaction de la surface avec l’atmosphère est importante au cours des deux premières heures qui suivent le traitement plasma puisque des écarts considérables sont déjà observés entre une atmosphère à forte hygrométrie (RH=98%) et une atmosphère plus sèche (RH=30%) (près de 20° pour le polymère de type P et 30° pour le polymère de type U). Le polymère de type F semble moins sensible aux variations hygrométriques et présente une très bonne stabilité au cours du temps.
L’amélioration de la rémanence du traitement a principalement été obtenue par réduction du temps d’exposition au plasma et par le contrôle de l’hygrométrie après traitement. En milieu industriel, ce dernier point s’est traduit par une réduction des temps séparant le traitement plasma de la phase de surmoulage. Le cas échéant, lorsque le temps entre le traitement plasma et l’opération de surmoulage était techniquement incompressible, les échantillons traités étaient préservés dans une boite hermétique contenant des pastilles déshydratantes. Les essais d’un traitement plasma sans application de primaire d’adhérence sont en cours de validation.
III.C. Conclusion
Cette étude a permis d’évaluer les potentialités technologiques de la plate-forme. La caractérisation portant sur l’homogénéité spatiale des plasmas ECR par sonde de Langmuir a conduit à la détermination des températures et des densités électroniques moyennes d’un plasma d’argon. L’analyse longitudinale réalisée à environ 90 cm de la décharge a démontré, par des considérations géométriques, la faible variation de ces paramètres électriques à la surface du plateau pour des pressions inférieures à 0.1 mbar. Au-delà de ces pressions en revanche, une réduction sensible de la température et de la densité électronique à environ 200 mm de l’axe central, conduit à considérer une surface plus faible du plateau pour laquelle le plasma est homogène. Une mesure de mouillabilité sur film PET a confirmé une plus grande hétérogénéité de traitement à ces hautes pressions de fonctionnement de la décharge ECR. En revanche les traitements micro-ondes différés présentent une très bonne
diffusion, l’interaction avec la surface à traiter est beaucoup moins dirigée qu’en plasma ECR, et le traitement, assuré par la proximité de radicaux spécifiques et de photons, est réalisé en volume.
La plate-forme a également démontré ses potentialités en terme d’activation de surface polymère appliquée à un film PET. Les conditions de traitement ont été optimisées dans le but d’obtenir une fonctionnalisation de la surface, qui est constatée par des évolutions mineures lors du vieillissement.
La stabilité de la surface traitée est favorisée par des mécanismes de réticulation directement corrélés à la présence d’argon ou de métastables d’hélium. En revanche, pour des quantités importantes d’oxygène introduites dans l’enceinte, supérieures à 25 %, ou pour des temps d’exposition importants, supérieurs à 5 minutes, un équilibre s’instaure entre la formation de radicaux oxygénés en surface et un mécanisme d’ablation. Dans ce cas, la dégradation de la surface a un impact sur le comportement du polymère au vieillissement.
Les résultats obtenus en plasma ECR assisté par polarisation radiofréquence conduisent à des angles de contact inférieurs à 10° suite au traitement. Un équilibre s’instaure après une dizaine de jours autour d’une valeur asymptotique de 30°. Ceci est à comparer aux travaux conduits en 1997 par G. Placinta & al. [PLACINTA G. & al.] sur des décharges radiofréquences oxygène / hélium (25/75) qui ont permis d’atteindre des angles de contact après traitement de 22° sur des films en PET, avec une remontée à hauteur de 40° au bout de 10 jours.
De son côté, G. Carlsson [CARLSSON C.M.G., JOHANSSON K.S.] a travaillé sur des décharges radiofréquences d’oxygène sur du PE et du PET. Il a obtenu des angles de contact après traitement de 40° après une exposition d’une minute à un plasma d’oxygène sous des pressions inférieures à 0.1 mbar et des puissances de quelques watts. Il a également observé par analyse ESCA de la surface traitée, une augmentation du rapport O/C en fonction de la puissance générée dans la décharge et du temps de traitement, pour atteindre une valeur asymptotique de ce rapport au-delà de 30 secondes. Des essais de pelage menés en parallèle ont conduit à l’obtention d’un optimum de la force de pelage pour des plasmas d’oxygène de 30 secondes, indiquant une probable dégradation pour des temps d’exposition prolongés.
Dans le cas des plasmas micro-ondes différés, l’ensemble des expériences a conduit à des angles de contact à l’eau déminéralisée inférieurs à 20°. Une tendance positive a été constatée, lors de l’augmentation de la pression de travail à des pressions voisines du millibar.
L’amélioration de la mouillabilité du PET serait liée à des densités importantes de radicaux azotés ou oxygénés, combinées à l’action des radiations UV induisant une réticulation intramoléculaire.
Des résultats concluants en terme d’activation de surface ont également été obtenus sur différentes familles de polymères, élargissant ainsi le champ d’application de la plate-forme.
Des traitements plasmas sur film polypropylène, polyuréthanne massif, polytétrafluoroéthylène ou sur polymères thermoplastiques, ont très souvent permis, dans le cadre de programmes industriels, de proposer aux clients une solution technique viable.
Néanmoins, pour une meilleure compréhension des mécanismes d’activation, ces mesures de mouillabilité doivent généralement être associées à une analyse plus fine de la surface et à un diagnostic du plasma par spectroscopie d’émission afin d’estimer les concentrations des principales espèces actives. Ces travaux sont abordés dans le cadre du problème de la stérilisation par plasma (cf. V.E.) dans la mesure où des conditions expérimentales très similaires sont utilisées.