Obtention de propriétés de surface de haute qualité par fluoration grâce à une technologie de vide fiable

Maulburg, Germany La fluoration constitue une étape de prétraitement clé dans le traitement des pièces en plastique en vue d’atteindre différentes propriétés de surface. Fluor Technik System GmbH a fait de ce type de traitement de surface sa spécialité. En tant que fournisseur de services, la société utilise la fluoration pour modifier la mouillabilité, l’adhésivité, le frottement ou encore la viscosité et les propriétés barrière d’une large gamme de plastiques. Fluor Technik System fabrique également des systèmes de fluoration sur mesure pour des clients à travers le monde. Pour générer le vide essentiel au procédé, la société fait appel aux systèmes de vide à compression à sec de Busch, équipés d’une pompe à vis COBRA NS en tant que pompe primaire. Cette solution constitue l’option la plus fiable, et permet de réaliser la fluoration en toute sécurité et de façon reproductible.
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Le type de fluoration le plus souvent réalisé par la société est l'amélioration de l'adhésivité. Ce procédé permet de modifier la surface d'une pièce en plastique de sorte à obtenir une polarité plus élevée, une surface de contact totale accrue et, par conséquent, une meilleure adhésivité. Cela peut être requis, par exemple, pour coller simultanément plusieurs couches, pour préparer une surface en vue de l'application d'une peinture ou d'un flocage, ou encore pour améliorer les propriétés adhésives d'une colle. On utilise également la fluoration pour l'hydrophilisation. Il est ainsi possible d'obtenir un mouillage uniforme des surfaces, ce qui facilite l'impression ou, pour les éléments lavables au lave-vaisselle par exemple, un séchage plus facile. Fluor Technik System est également en mesure de fluorer presque tous les types de plastique en vue d'une réduction du frottement dynamique. La société bénéficie par ailleurs d'une longue expérience dans la fluoration du caoutchouc et du silicone.


Fig. 1 : Diagramme du procédé de fluoration

Le procédé de fluoration (fig. 1) peut être réalisé à l'aide de différents systèmes. D'un côté, les chambres de traitement, qui ne peuvent être chargées qu'avec un lot à la fois (systèmes hors ligne), et de l'autre, les systèmes de toile, qui assurent un traitement continu du matériau plastique en toile au fur et à mesure de son passage (systèmes en ligne). Un mélange de gaz constitué à 10 % de fluorine et à 90 % d'oxygène est utilisé comme agent de fluoration. La modification des propriétés de surface est due à ce gaz fluoré hautement réactif qui remplace une partie des atomes d'hydrogène du matériau de surface par des atomes de fluor. Le procédé de fluoration est donc une réaction chimique et non un type de revêtement. La pénétration de ces atomes de fluor dans le substrat se limite au niveau moléculaire. Les propriétés du matériau de base et ses dimensions restent identiques. Seules l'énergie de surface et la polarité sont affectées par la fluorine, de manière durable et stable. Un contrôle ciblé du procédé permet de définir avec précision les résultats de la fluoration en fonction du polymère de base et de l'application visée. Les paramètres de base sont la durée de temporisation au sein de la chambre de traitement, la température et la concentration en fluor, déterminée par la pression. Ces paramètres, regroupés sous l'appellation « prescription », font partie intégrante du contrôle automatisé du procédé. Chaque pièce à fluorer est donc associée à une prescription spécifique, adaptée en fonction du matériau de base et des propriétés de surface à obtenir, dans le cadre d'un procédé reproductible.

 


Fig. 2 : Pompe à vis COBRA NS

Pour Bernd Moeller, directeur général de Fluor Technik System, « le composant essentiel de tout système de fluoration est la technologie de vide, car la qualité des pièces traitées dépend de la fiabilité de cette technologie ». Pour ses systèmes de fluoration, il a choisi d'utiliser exclusivement des systèmes de vide Busch, capables de fonctionner « à sec » ; autrement dit, sans liquide d'opération dans les chambres de compression. Ces systèmes incluent une pompe à vide à vis COBRA NS (fig. 2) en tant que pompe primaire ainsi qu'une pompe booster Panda montée en aval. Les pompes à vis COBRA NS ont été développées par Busch pour l'industrie des semi-conducteurs. Elles offrent un haut niveau de fiabilité des processus et, grâce à leur profil à vis optimisé, permettent des temps d'évacuation courts. Elles sont par ailleurs hermétiquement étanches, afin de garantir l'absence de toute fuite de gaz fluoré.

Les deux pompes à vide, entraînements compris, bénéficient d'un refroidissement à eau, pour un réglage précis de la température de fonctionnement. Plusieurs moniteurs permettent par ailleurs d'identifier quasiment instantanément tout défaut éventuel. La température des pompes à vide elles-mêmes, ainsi que celles du liquide d'opération des engrenages et du réfrigérant sont contrôlées en permanence. Les quantités de réfrigérant et d'oxygène utilisées pour le rinçage de la pompe COBRA NS à l'issue du procédé sont également mesurées.

Les essais poussés réalisés sur les systèmes de vide Busch ont convaincu Bernd Moeller qu'il s'agissait bien là de solutions robustes et fiables. Ces systèmes de vide fonctionnent entre 8 et 24 heures par jour, selon les heures de service applicables. Les engrenages des pompes à vis COBRA NS et des pompes booster Puma sont lubrifiés à l'aide de polyéthers perfluorés afin de garantir que lors de la réaction chimique, le fluor ne se lie pas au liquide d'opération. Dans le cas de réacteurs sous vide rectangulaires, la chambre de traitement requiert un système de circulation du gaz afin d'assurer un remplissage total et uniforme et, par conséquent, un traitement homogène de la surface. Des pompes booster Puma refroidies à eau (fig. 3) sont également utilisées pour ce procédé et fonctionnent indépendamment du système de vide.



Fig. 3 : Pompe booster Puma utilisée pour la circulation du gaz dans un système de fluoration

Chaque système de vide Busch est conçu selon les besoins spécifiques du client avant d'être livré à Fluor Technik System, prêt à être connecté. L'installation se fait donc directement sur le site du client, dans le cadre de l'installation du système de fluoration. Mais pour Bernd Moeller, les avantages de ce partenariat avec Busch vont au-delà des simples aspects techniques. Une fois les systèmes de fluoration installés, leur mise en service est assurée par l'équipe de techniciens de Busch, qui ont également pour mission de former le personnel chargé du fonctionnement et de la maintenance du système. Grâce à son réseau étendu de sociétés, Busch dispose en effet de techniciens aux quatre coins du globe, capables d'assurer la mise en route et la formation du personnel du client sur site, ainsi que la maintenance du système de vide.

À propos de Fluor Technik System
Installée à Lauterbach, en Allemagne, la société Fluor Technik System GmbH fabrique, depuis près de 25 ans maintenant, des systèmes de fluoration répondant aux besoins spécifiques de ses clients. Cette approche personnalisée ne s'applique pas seulement aux composants matériels. Le système de commande permettant d'exécuter les différents programmes est également adapté en fonction des pièces soumises à fluoration.  La société installe ses systèmes dans le monde entier et assure elle-même la mise en service. En tant que fournisseur de services, elle propose également la fluoration de pièces en plastique, en caoutchouc et en silicone. Ses clients sont issus d'une multitude de secteurs, notamment de l'industrie automobile, de la technologie médicale, de l'aérospatial et de l'électroménager. 


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