Adhésion de structures en polymère et métal – ASPOME

La technologie hybride plastique-métal permet de combiner les avantages des métaux (rigidité, résistance, ductilité, coût compétitif) et des plastiques (intégration de fonction, faible densité). La technologie est employée dans l’automobile mais elle est actuellement limitée aux applications semi structurelles telles que les façades avant techniques.
La technologie hybride standard consiste à placer un insert en métal dans un moule d’injection et de le surmouler avec du plastique. Le plastique passe à travers de trous prévus dans le métal et enveloppe les bords de l’insert. Le lien entre le métal et le plastique est principalement mécanique et la tenue en cisaillement est inférieure à 2 MPa. Dans le cas de pièces structurelles, de l'acier à haute limite élastique est utilisé et il est n’est pas souhaitable de faire des trous dans une structure porteuse. Pour ces deux raisons, la technologie hybride n'est pas actuellement employée pour les structures porteuses.

L'objectif du projet ASPOME est d’étendre l'utilisation de la technologie hybride aux pièces structurelles. Pour cela, l'adhérence directe du thermoplastique injecté sur un substrat métal ou composite sera développée. La surface du substrat sera traitée par plasma froid à pression atmosphérique. Le plasma atmosphérique est actuellement employé principalement pour les nettoyages de surface, l'activation des surfaces, et le traitement anti-corrosion mais n'est pas encore employé pour les objectifs du projet.
Le traitement de surface sera développé par l’ ENSCP et adapté au substrat (acier , aluminium, composites à fibres continues polyamide) et au plastique de surmoulage pour atteindre la force d'adhérence entre le plastique injecté et l'insert d’au moins 20 MPa. Pour atteindre cette cible, le traitement plasma sera couplé si nécessaire avec le dépôt d'une couche mince d'un primaire adapté au substrat. L'effet du traitement physique du substrat (chauffage avant injection, grenaillage) sera également évalué sur la qualité de l'interface.
L'effet du chargement mécanique et le vieillissement de la structure sur la qualité de l'interface entre le polymère injecté et le substrat traité seront évalués par les Mines De Paris. Un modèle mécanique de l'interface entre le thermoplastique et le substrat traité en surface sera développé pour permettre une meilleure simulation des structures.
Deux études de cas seront développées par les associés industriels (FAS et FAE).
La première concerne un élément de structure de siège soumis à des charges statique, de crash et de fatigue. La structure et l'interface seront également évaluées pour le vieillissement à long terme pour selon les conditions d'intérieur véhicule. Le recyclage des structures hybrides métal/plastique sera évalué, ainsi que d'analyse du cycle de vie du composant.
La deuxième est une façade avant technique avec des sollicitations statique, de fatigue et de vibration. La structure et l'interface seront évaluées pour le vieillissement à long terme pour dans les conditions de sous capot moteur (température, humidité, et résistance aux fluides).

En conclusion, ASPOME a les objectifs suivants
1. Force d'adhérence de 20 MPa minimum entre le polymère et le métal par injection directe du polymère
2. Développement des traitements de surface adaptés au substrat et au thermoplastique de surmoulage
3. Evaluation de l'effet du chargement mécanique et du vieillissement sur la qualité de l'interface
4. Simulation des structures pour des charges statique et en crash et modélisation de l'interface
5. Développement d'un procédé économique pour l'adhérence directe de thermoplastique injecté sur un substrat en métal et de l'application à des structures de grandes séries
6. Remplacement des structures de siège faites en métal par des structures hybrides (métal/plastiques/composite)
7. Evaluation du recyclage de structures hybrides et analyse du cycle de vie