Effet ‘perlant’ ajouté à des produits moulés : par texturation des surfaces au laser

Ajouter des fonctionnalités supplémentaires à des produits ou composants de produits, le secteur industriel est très demandeur. Pour les surfaces en plastique, la texturation au laser est souvent une solution durable, économique et rapide. Dans le cadre d’un projet de recherche, Sirris et la KU Leuven ont réussi à créer une première surface super-hydrophobe en dessinant au laser une structure de microcavités sur un insert de matrice, utilisé ensuite pour fabriquer des échantillons d’articles en plastique moulés par injection. La technologie permet d’ajouter des structures complexes, de manière rapide, efficiente et sans apport de chaleur.

Beaucoup de secteurs industriels sont à la recherche de méthodes qui permettraient d’ajouter des fonctionnalités supplémentaires à des composants et articles de production. Par exemple, ajouter un effet autonettoyant à des éléments de carrosserie, en produisant des surfaces super-hydrophobes, ou bien en modifiant comme souhaité le coefficient de frottement de certaines pièces mécaniques en métal. Il est possible d’obtenir ce genre de résultats, notamment par texturation de la surface des pièces. Certaines structures superficielles permettent, par exemple, d’augmenter fortement l’angle de contact avec l’eau, ou l’angle de diffraction de la lumière, ou d’augmenter, réduire, ou déterminer le coefficient de frottement. L’avantage des fonctionnalités ajoutées de cette manière est que le procédé de texturation a un effet durable et, dans certains cas, il est à la fois très rapide et très économique.

Moulage par injection

L’une des manières les plus intéressantes d’exploiter cette technologie est de la combiner avec le procédé classique du moulage par injection. On ajoute à la surface d’une matrice (ou pièce d’insert) une image en négatif de la texture souhaitée. Pendant le moulage par injection, la texture s’imprime à la surface du polymère. Sans aucune incidence sur la vitesse ou l’efficience du procédé de moulage traditionnel.

Dans le cadre d’un projet de recherche, Sirris et la cellule ‘Matières plastiques’ de la KU Leuven (campus Diepenbeek) ont réussi à créer une première surface super-hydrophobe, en ajoutant une structure de microcavités à un insert de matrice, utilisé ensuite pour fabriquer des échantillons de pièces moulées par injection. Les microcavités (diamètre et profondeur : quelques dizaines de micromètres) sont réalisées avec un laser femtoseconde. Cette technologie permet de tracer des structures complexes à la surface du matériau, de manière rapide, efficiente, et sans élévation de la température. Autrement dit, sans risque de faire fondre ou de fissurer le matériau, et par conséquent sans risque d’affaiblir par endroits la résistance de la matrice.

Polypropylène

Le matériau de base pour la fabrication des échantillons de pièces moulées est le PP. En raison de son faible coût et de ses bonnes propriétés, le polypropylène est une matière plastique très utilisée dans les secteurs comme l’industrie des emballages, l’industrie automobile, l’industrie des biens de production, etc. L’ajout de ‘papilles’ à la surface du PP, via une matrice dont la surface a été texturée au laser, a permis d’augmenter l’angle de contact avec l’eau (angle dépassant 140°), alors que l’angle de contact du PP non structuré est environ 100°. L’effet anti-adhérence (effet perlant), qui en résulte pourrait servir, par exemple, à réaliser des récipients plus faciles à vider de leur contenu, ce qui permettrait de réduire le gaspillage, ou bien des cadres de vélo et des éléments de carrosserie dont la surface serait autonettoyante.

Dans les prochains mois, Sirris va poursuivre ses travaux de recherche pour étudier les relations entre les paramètres du laser, géométries et fonctionnalités, en particulier en ce qui concerne les procédés de moulage par injection.

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