CHAPITRE V. LA DOSE PLASMA : ENJEUX ET PROBLEMATIQUES
V.4 S YNTHESE ET DISCUSSIONS
Nous avons présenté dans ce chapitre les enjeux auxquels nous tentons de répondre en utilisant l’expression de la dose plasma pour caractériser notre équipement UL-SCAN. Dans le contexte industriel actuel de performance et de rentabilité accrues, les applications sont parfois limitées en raison de trop nombreux paramètres opératoires interdépendants (vitesse, flux de gaz, etc.). Dans une logique de simplification pour l’utilisateur, notre approche se base sur la dose plasma comme paramètre clé du procédé.
Nos travaux ont pris en compte les spécificités des procédés plasmas en post-décharge au
Orientation de la buse par rapport à son sens de déplacement
Sens transversal Orientation de la buse par rapport à
son sens de déplacement Sens longitudinal Lact Lbuse Sact Lact Sact
Lmoy Lbuse Lmoy
⇧ Recouvrement
pour une distance entre la buse et le substrat figée. Les ordres de grandeur de la dose plasma obtenus avec notre équipement UL-SCAN sont présentés dans le Tableau V-1. Il s’agit de valeurs calculées dans le cas de l’utilisation de l’air. Nous avons étudié l’influence de l’augmentation de la puissance fournie par le générateur de 830 à 1350 W au travers des cas 1 à 4. Le cas 5, quant à lui, montre l’influence d’une augmentation du pas (2 cm) par rapport aux autres cas (1 cm). La vitesse et la distance buse/substrat sont maintenues constantes durant les essais.
Lorsque la puissance augmente, nous avons vu dans le chapitre III que le volume de la post-décharge augmente également (cf. Figure III-11). Cela se traduit par une augmentation de la longueur activée et donc par l’apparition d’un recouvrement à partir du cas 2. Etant donné que tous les autres paramètres restent constants, la dose plasma augmente, passant de 83 J/cm2 à plus de 130 J/cm2 dans le cas de fortes puissances.
A titre d’information, Coating Plasma Industrie et le Laplace utilisent dans leurs études des dosages allant de 0,6 à 8,4 J/cm² pour améliorer l’hydrophilicité de films de PET par DBD dans l’azote [169]. Pour les mêmes applications, Guimond et al. [170] ainsi que Croquesel et al. [166] ont chacun obtenu des doses plasma aux alentours de la dizaine de J/cm² dans des DBD d’azote ou des procédés Corona. Il s’agit de valeurs plus faibles que celles que nous obtenons dans le Tableau V-1, mais adaptées et suffisantes à l’activation de matériaux de type films polymères.
INFLUENCE DE LA PUISSANCE INFLUENCE DU PAS
Cas 1 Cas 2 Cas 3 Cas 4 Cas 5
Puissance W 830 1260 1330 1350 Pas cm 1 1 2 Vitesse cm/s 10 Lact cm 1 2 2,96 2,6 2,6 Taux de recouvrement / 1 2 2,96 2,6 1,3 Dose plasma J/cm2 83 126 133 135 67,5
Tableau V-1 Calcul de la dose plasma dans le cas d’activations sous air sur l’UL-SCAN en fonction des paramètres opératoires (distance = 25 mm).
L’approche que nous avons mise en place dans cette étude préfigure la définition d’une dose plasma représentative de notre procédé et de ses différents paramètres opératoires. Comme discuté plus haut dans ce paragraphe, l’expression établie ne prend pas encore en compte la distance entre la buse et la surface à traiter. De plus, la méthode de détermination de la surface activée au travers de mesures de mouillabilité reste limitante d’un point de vue de la compréhension scientifique, mais aussi pour le développement des procédés plasmas dans l’industrie. Premièrement, elle ne permet pas encore de considérer le cas d’une « mauvaise » activation car la détermination de la longueur activée serait alors impossible. En effet, si l’angle de
contact à l’eau est inférieur à la limite des 45° définie (cf. Figure V-4), la longueur activée Lact, et avec elle la surface activée, seraient nulles. L’équation ne permettrait pas dans ces cas-là d’exprimer la dose correspondante qui traiterait de manière insuffisante la surface. Deuxièmement, dans cette méthodologie, il est nécessaire de mesurer au préalable Lact pour chaque condition opératoire que l’on souhaite étudier, et ce dans les deux cas d’orientation de la buse. L’opérateur ne peut donc pas avoir directement accès aux valeurs de doses, si ce n’est que par l’établissement d’abaques en amont d’une utilisation industrielle. Néanmoins, l’utilisation d’une notion connue et fiable telle que la mouillabilité reste censée pour un industriel. De plus, celle-ci garantit l’obtention d’une activation totale de la surface.
D’autres pistes de calcul de la surface activée peuvent être discutées, même si elles présentent leurs propres limites au regard de notre configuration de post-décharge. Par exemple, le calcul du volume de la post-décharge au moyen de photographies (cf. III.2.3) permettrait d’estimer Sact à une distance donnée. Il pourrait être intéressant alors de regarder si un lien existe entre la longueur activée Lact mesurée par mouillabilité et les dimensions de la post-décharge. Dans un autre exemple, le raisonnement pourrait être revu en ne considérant plus une surface activée mais une puissance volumique délivrée dans la cellule de décharge.
Afin de valider notre approche de la dose, il est nécessaire de poursuivre l’étude avec la caractérisation de l’adhérence entre nos substrats activés et un revêtement industriel. Nous souhaitons par ce biais pouvoir relier les trois grandeurs listées sur la Figure V-6 à savoir la dose plasma, les modifications de surface apportées par l’activation et l’amélioration de l’adhérence après activation.
Figure V-6 Triangle de validation de la dose plasma pour le cas de l’équipement UL-SCAN. DOSE PLASMA SUR
L’UL-SCAN ACTIVATION DE SURFACE DU COMPOSITE PEEK ADHERENCE A L’INTERFACE PEEK/REVÊTEMENT