Résultats d’essais d’adhérence par quadrillage à la griffe

Dans l’optique de répondre aux attentes industrielles, nous avons, dans un premier temps, caractérisé l’adhérence de nos systèmes par une méthode normée, largement répandue dans l’industrie. Il s’agit du quadrillage à la griffe selon la norme ISO 2409:2013 [103], dont le principe de mesure et les conditions d’essais ont été décrits dans le paragraphe II.2.3.A. Cette technique de caractérisation qualitative et semi-quantitative de l’adhérence est basée sur des observations visuelles du profil de surface, préalablement entaillé jusqu’au substrat. Il est possible alors d’attribuer un grade d’adhérence à ce profil et de le classer par rapport aux autres échantillons, selon la correspondance avec le tableau de la norme. Ainsi, après avoir activé nos substrats industriels composites selon diverses configurations de paramètres opératoires, nous avons

du fournisseur. De plus, certains systèmes ont subi un vieillissement à l’eau afin de vérifier la durabilité dans des conditions normées. Nous rappellerons alors à ce moment les conditions du vieillissement (déjà présentées au chapitre II). Enfin, les essais d’adhérence au quadrillage à la griffe ont été effectués sur les systèmes complets, vieillis et non vieillis.

Caractérisation à l’état initial sans vieillissement

Les données de ce paragraphe correspondent à des échantillons caractérisés après activation par plasma avant vieillissement. La Figure VI-1 donne les grades obtenus dans le cas d’activation par plasma d’air et par plasma d’azote, en fonction de la dose plasma. Pour rappel, nous considérons que l’adhérence est suffisante pour une utilisation en conditions industrielles si le grade GT prend la valeur de 0 ou de 1. Cette zone est représentée par les encadrés en pointillé dans la figure ci-dessous.

Zone d’acceptation industrielle conventionnelle

Figure VI-1 Grades d’adhérence selon la norme ISO 2409 mesurés sur les systèmes PEEK/revêtement avant (référence) et après activation du composite.

La référence, qui correspond à une surface PEEK non activée avant application du revêtement présente une très faible adhésion avec le revêtement comme le traduit le grade maximal de GT5 relevé. Industriellement, il est communément considéré comme témoin d’une absence d’adhésion car il correspond visuellement à un décollement total du film de peinture du substrat (cf. annexe 2). Ce grade est en accord avec les propriétés chimiques et physico-chimiques relevées dans le chapitre IV, et qui témoignent d’une surface très peu réactive avant toute phase de préparation de surface. Après plasma d’air ou d’azote, l’adhésion semble être considérablement améliorée puisque les surfaces correspondent visuellement à des grades GT1 ou GT0 selon la norme. Ceci confirme l’amélioration de la réactivité de surface, d’un point de vue chimique par le greffage de groupes

Référence non activée 55 60 88 GT 5 GT 4 GT 3 GT 2 GT 1

GT 0 ^{ETAT INITIAL NON VIEILLI}

Plasma d'air Référence non activée 77 83 102 GT 5 GT 4 GT 3 GT 2 GT 1 GT 0 Plasma d'azote Dose (J.cm-2)

surface spécifique favorisant l’ancrage du revêtement dans les anfractuosités de la surface. Cependant, les données étant toujours acceptables selon nos exigences, elles ne permettent pas de distinguer l’influence d’un gaz par rapport à l’autre, ni même d’observer une variation de l’adhérence en fonction de la dose appliquée. C’est la raison pour laquelle nous avons choisi de vieillir nos systèmes peints selon la norme ISO 2812-2:2007 [97]. Il s’agit également d’éléments de vieillissement accélérés conventionnellement considérés dans l’industrie aéronautique et, par conséquent, d’une exigence requise lors de qualifications produits.

Caractérisation après vieillissement

Pour rappel, il s’agit d’immerger les échantillons dans de l’eau à 40°C pendant 7 jours (cf. II.2.1.B.c). Ce vieillissement correspond à ce qui est conventionnellement utilisé dans l’industrie aéronautique pour tester par exemple l’efficacité ou la durabilité d’un assemblage collé ou un revêtement. L’action de l’eau est de différentes natures et peut mener à une accélération du vieillissement chimique et/ou physique du substrat, dépendant de la cinétique de pénétration des molécules d’eau dans le matériau [171]. Les propriétés physico-chimiques, la structure du motif monomère ou encore la présence d’interfaces sont autant de facteurs qui influencent l’absorption de l’eau dans un matériau. Dans l’optique de faciliter la mise en évidence des phénomènes à l’interface PEEK/revêtement, nous avons donc choisi de mener des essais de vieillissement à l’eau avant de caractériser l’adhérence des systèmes.

Zone d’acceptation industrielle conventionnelle

Figure VI-2 Evolution des grades d’adhérence selon la norme ISO 2409 après vieillissement à l’eau (moyenne de trois échantillons). Les mesures ont été faites sur des systèmes PEEK/revêtement avant (référence) et après

activation du composite.

La Figure VI-2 reprend les grades d’adhérence présentés précédemment sur la Figure VI-1 (histogrammes blancs) et associe ceux obtenus après vieillissement à l’eau du système complet pour les mêmes cas d’activation (histogrammes hachurés). Le graphique de droite montre

Référence non activée 55 60 88 GT 5 GT 4 GT 3 GT 2 GT 1

GT 0 ^{ETAT INITIAL NON VIEILLI} Plasma d'air Référence non activée 77 83 102 GT 5 GT 4 GT 3 GT 2 GT 1 GT 0 Plasma d'azote Dose (J.cm-2) Référence non activée 55 60 88 GT 5 GT 4 GT 3 GT 2 GT 1 GT 0 Référence non activée 77 83 102 GT 5 GT 4 GT 3 GT 2 GT 1 GT 0

ETAT VIEILLI A L'EAU

Dose (J.cm-2)



plasma d’air ou plasma d’azote. Dans le premier cas, l’eau est nuisible pour la tenue de l’interface puisque les grades obtenus sont tous inférieurs au minimum requis. Nous remarquons de plus une dégradation des performances avec l’augmentation de la dose, un grade GT5 étant même obtenu pour la plus forte dose, ce qui correspond au grade obtenu sur l’échantillon de référence. Les molécules d’eau pourraient agir comme des agents hydrolysants durant le vieillissement en coupant les chaines formées entre le substrat activé et le revêtement [171]. Il pourrait également s’agir d’une absorption d’eau dans les hétérogénéités du composite revêtu, hétérogénéités préexistantes ou formées à la suite de l’activation de surface. Dans les deux cas, il y a une dégradation de la cohésion mécanique du système par le biais d’une interface moins adhérente après vieillissement.

Dans le cas d’un traitement en azote et pour notre gamme de dose étudiée, le grade GT0 est constamment atteint, traduisant une excellente adhérence, à faibles comme à fortes doses plasma. Ces résultats appuient l’hypothèse de mécanismes d’adhésion différents selon le gaz utilisé. Les substrats activés sous plasma d’air présentent une interface très sensible à l’absorption des molécules d’eau. Cela mène à une adhérence faible après activation, quelles que soient les conditions opératoires. En revanche, l'interface PEEK/revêtement créée à la suite de l’activation sous azote ne semble pas être sensible au vieillissement hydrique dans nos conditions d’essais.

Ainsi la caractérisation de l’adhérence par le test de quadrillage à la griffe permet de mettre en évidence deux comportements distincts suite au vieillissement hydrique des systèmes PEEK/revêtement. Ils semblent prendre leurs origines dans des contributions qui seraient différentes selon la nature du gaz plasmagène utilisé (mécaniques, chimiques, etc.). Cependant, la technique ne permettant qu’une caractérisation semi-quantitative, il est difficile de tirer plus de conclusions à partir des grades d’adhérence seuls. C’est la raison qui nous a amené à considérer une seconde technique pour compléter les résultats d’adhérence sur nos systèmes.