FR2913433A1

FR2913433A1 - Procede pour metalliser une piece en matiere plastique.

Info

Publication number: FR2913433A1
Application number: FR0753646A
Authority: FR
Inventors: Alain Bethune; Aline Abergel
Original assignee: LOreal SA
Current assignee: LOreal SA
Priority date: 2007-03-05
Filing date: 2007-03-05
Publication date: 2008-09-12
Anticipated expiration: 2027-03-05
Also published as: FR2913433B1

Abstract

La présente invention concerne un procédé pour métalliser une pièce en matière plastique, comportant les étapes suivantes :- réaliser la pièce par un procédé de moulage de matière plastique dans une cavité de moule,- réaliser à un poste de métallisation par pulvérisation cathodique (15) un dépôt de métal sur une surface de la pièce à métalliser alors que la température de surface de la pièce est supérieure à 30 degres C.

Description

La présente invention concerne la fabrication de pièces par moulage de

matière plastique, et plus particulièrement la fabrication de pièces avec un aspect métallisé. Pour conférer à une pièce en matière plastique moulée un aspect métallisé, il est connu de soumettre cette pièce à un procédé de métallisation sous vide, dans lequel la pièce, une fois moulée et refroidie et soumise éventuellement à un traitement par plasma permettant d'augmenter sa tension superficielle, est revêtue d'au moins un vernis permettant de lisser sa surface et d'améliorer l'adhérence de la couche métallique. Ensuite, la pièce ainsi vernie est métallisée dans une enceinte sous vide. Il existe un besoin pour simplifier la fabrication de pièces en matière plastique 10 ayant un aspect métallisé et diminuer leur coût. La présente invention vise à répondre à ce besoin en proposant un procédé pour métalliser une pièce en matière plastique, comportant les étapes suivantes : - réaliser la pièce par un procédé de moulage de matière plastique dans une cavité de moule, 15 - réaliser à un poste de métallisation, notamment par pulvérisation cathodique, un dépôt de métal sur une surface à métalliser de la pièce alors que la température de surface de la pièce est supérieure à 30 C. Ce procédé permet de s'affranchir du dépôt d'un vernis avant la métallisation, tout en obtenant des caractéristiques d'état de surface suffisantes pour la qualité de dépôt 20 recherchée. La pièce étant non complètement refroidie lors de la métallisation, l'accrochage du métal à sa surface est amélioré. La surface de la pièce peut être non encore complètement figée lors de la métallisation. 25 L'invention peut permettre également d'éviter l'étape de traitement par plasma. La pièce présentée au poste de métallisation peut avoir une température de surface supérieure à la température ambiante et comprise par exemple entre 30 et 50 C, notamment 35 et 45 C, voire entre 37 et 45 C, une température relativement élevée contribuant à limiter les irrégularités de la surface et à augmenter sa tension superficielle et 30 ainsi améliorer l'adhérence du dépôt métallique. La pièce peut être métallisée alors que le coeur de la pièce est encore chaud, voire non encore solidifié. La température de coeur est par exemple comprise entre 37 et 50 C. Le coeur de la pièce n'étant pas complètement refroidi, il peut restituer vers la surface une chaleur permettant de maintenir la surface de la pièce à une température suffisante. Le matériau dans lequel est moulé la pièce peut être choisi de telle sorte que la pièce puisse être démoulée sans déformation et peut être tel que la surface de la pièce moulée soit définitivement stabilisée en quelques heures. Avant stabilisation, les macromolécules du matériau sont encore mobiles, l'accroche des particules de métal est favorisée. La pièce moulée peut être exposée à une source de chaleur avant sa présentation au poste de métallisation. La source de chaleur peut être configurée pour augmenter la température de la surface de la pièce. En variante, la source de chaleur peut être configurée pour ralentir le refroidissement de la surface de la pièce sans en augmenter la température. La source de chaleur peut agir par rayonnement infrarouge et/ou par soufflage d'air chaud, notamment de l'air chaud ionisé. L'exposition à un rayonnement infrarouge peut permettre d'améliorer la tension de la peau de la pièce et de diminuer sa rugosité, ce qui améliore encore l'adhérence de la couche métallique. Cela peut notamment être utile dans le cas de pièces moulées en polyoléfine, dont l'état de surface peut être moins bon que celui de pièces réalisées dans une autre matière plastique. De plus, le traitement par rayonnement infrarouge peut permettre de diminuer les risques de retassure dans le cas de pièces comportant une paroi épaisse. Le traitement par rayonnement infrarouge peut également permettre de ralentir le refroidissement de la pièce ou de simuler une recuisson tendant à diminuer les tensions internes dans la pièce, notamment dans le cas d'une pièce épaisse ou d'une pièce réalisée dans un polymère amorphe. On peut ainsi diminuer les risques de fissure lors du traitement de métallisation, notamment dans le cas où la couche métallique déposée est relativement rigide. Enfin, le traitement par rayonnement infrarouge peut permettre d'homogénéiser la température de la pièce moulée à sa surface, ce qui peut améliorer l'homogénéité du dépôt de la couche métallique.

Alternativement, ou en complément du traitement par une source de chaleur, la pièce moulée peut être exposée à un traitement par plasma froid, afin d'augmenter la tension de surface et favoriser l'adhésion ultérieure des particules de métal. Le traitement par plasma froid peut être réalisé à l'air libre et à température ambiante par une buse de plasma comportant un gaz inerte. La pièce peut être métallisée au poste de métallisation par diverses techniques de métallisation, notamment par pulvérisation cathodique sous vide, encore appelé sputtering. La taille de l'enceinte est par exemple comprise entre 0,2 et 30 dm3, de préférence 0, 5 à 10 dm3, et peut accueillir par exemple entre 1 et 8 exemplaires de la pièce. L'invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, une installation comportant : - un poste de moulage d'une matière plastique, comportant une machine de moulage, par exemple par injection, - un poste de métallisation sous vide. - un système de transport d'au moins une pièce moulée du poste de moulage au poste de métallisation sous vide.

L'installation peut être dépourvue de poste de vernissage avant le poste de métallisation. L'installation peut comporter un poste de traitement de surface entre le poste de moulage et le poste de métallisation. L'installation peut comporter une source de chaleur sur le trajet de la pièce entre le poste de moulage et le poste de métallisation, cette source de chaleur étant fixe ou accompagnant la pièce durant son déplacement du poste de moulage au poste de métallisation. La source de chaleur comporte par exemple une ou plusieurs lampes ou rampes à infrarouge.

L'invention a encore pour objet une pièce moulée, métallisée au moyen du procédé tel que défini plus haut. Cette pièce peut par exemple être réalisée par injection ou par injection soufflage ou encore par rotomoulage. La matière plastique peut être choisie dans la liste suivante : thermoplastiques, thermodurcissables, notamment amorphes ou cristallins, par exemple les styréniques (ABS, SAN), les acryliques (PMMA), les polycarbonates et les polyesters, les polyoléfines, notamment PE, par exemple PEHD, PP et leurs copolymères, ou ionomères d'éthylène, par exemple (surlyn ).

Le cas échéant, la pièce comporte un complexe de plusieurs matériaux différents obtenu par bi-injection ou surmoulage. La surface métallisée peut avoir diverses géométries, par exemple rond, carré ou ovale.

L'invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un dispositif de conditionnement et/ou d'application d'un produit, notamment d'un produit cosmétique, par exemple de maquillage ou de soin, comportant au moins une pièce moulée en matière plastique comportant une couche métallique déposée par métallisation sous vide et en contact direct avec la matière plastique.

Le dispositif de conditionnement ou d'application peut être par exemple l'un d'un étui, d'un flacon, d'un boîtier, d'un tube ou encore tout autre récipient. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 est une coupe schématique et partielle, sans respect des proportions réelles, d'une pièce métallisée réalisée conformément à l'invention, - la figure 2 est un schéma en blocs illustrant un procédé de métallisation selon l'invention, et - la figure 3 représente de manière schématique un exemple d'installation conforme à l'invention. On a représenté sur la figure 1 une pièce 1 en matière plastique, réalisée par moulage, comportant une couche de matière plastique 2 recouverte d'une couche métallique 3, cette dernière étant directement en contact avec la couche de matière plastique 2, sans vernis interposé.

La pièce 1 peut être creuse ou pleine et rigide ou souple. Dans l'exemple illustré, une couche 4 de vernis protecteur recouvre la couche métallique 3 de manière à la protéger. La couche de vernis 4 peut également apporter une coloration supplémentaire à la pièce 1, le cas échéant. La pièce 1 peut former ou appartenir à un dispositif de conditionnement ou d'application d'un produit, par exemple un produit cosmétique. La couche en matière plastique 2 peut être disposée du côté intérieur du dispositif et la couche 4 de vernis protecteur du côté extérieur.

La pièce 1 peut être obtenue en mettant en oeuvre le procédé comportant les étapes illustrés à la figure 2, au moyen d'une installation 11 telle qu'illustrée à la figure 3. Cette installation 11 comporte un système de transport 12, permettant le convoyage de la pièce entre différents postes, à savoir un poste de moulage 13, un poste de traitement de surface 14, un poste de métallisation 15 et un poste de vernissage 16. Le cas échéant, le poste de vernissage 16 n'existe pas. Le poste de traitement de surface 14 est l'un au moins d'un : - poste configuré pour exposer les pièces à un rayonnement IR, - poste configuré pour souffler de l'air chaud ionisé, -poste configuré pour permettre un traitement par plasma froid. Le poste de traitement de surface 14 peut être remplacé par une source de chauffage accompagnant le transport de la pièce du poste de moulage au poste de métallisation. Le poste de moulage 13 comporte une machine de moulage, par exemple par injection. Le système de transport 12 peut être configuré pour permettre la présentation au poste de métallisation de la pièce moulée avant son refroidissement à température ambiante. Le système de transport peut comporter un convoyeur linéaire ou un carrousel, 20 comme illustré. La pièce 1 peut être transportée par le système de transport 12 en restant solidaire d'une partie au moins de la machine de moulage, ou au contraire en étant complètement séparée de la machine de moulage. Le système de transport peut être de tout type adapté à la nature des pièces. 25 Le système de transport 12 peut par exemple comporter un dispositif de préhension, par exemple un robot, permettant de saisir la pièce moulée dans la machine de moulage. Le procédé comporte une première étape 10 de moulage de matière thermoplastique dans une cavité de moule, mise en oeuvre au poste de moulage 13. 30 Dans une deuxième étape 20, facultative mais avantageuse, la pièce moulée est présentée à sa sortie de la cavité de moule à un poste de traitement de surface 14 où elle est soumise à un rayonnement infrarouge permettant d'augmenter la tension superficielle de la pièce et de lisser sa surface, de manière à améliorer l'adhérence de la couche métallique qui sera déposée ultérieurement. Les avantages liés à un tel traitement thermique ont été mentionnés plus haut. Le poste de traitement de surface 14 peut comporter une source de chaleur telle qu'une ou plusieurs rampes ou lampes à infrarouge.

Le traitement par rayonnement infrarouge peut être choisi de manière à augmenter légèrement la tension superficielle de la pièce moulée, par exemple d'environ 2 à 5 dynes/cm. Une telle augmentation peut améliorer le pouvoir de liaison entre la matière plastique et la couche métallique. Un polymère de tension de surface d'environ 32 dynes/cm comme le PEHD aura par exemple après le traitement par rayonnement infrarouge une tension de surface de 35 dynes/cm environ. Dans des exemples de mise en oeuvre, la surface de la pièce moulée à métalliser présente avant métallisation une tension de surface comprise entre 34 et 42 dynes/cm, voire entre 36 et 40 dynes/cm, afin d'améliorer la tenue du dépôt métallique. La pièce peut également subir au poste de traitement de surface une exposition à un plasma froid et/ou à de l'air chaud ionisé. Dans une troisième étape 30, la pièce 1 est présentée à un poste de métallisation 15 et soumise à une métallisation sous vide, par exemple par pulvérisation cathodique sous vide. Lors de la métallisation, la surface de pièce est encore chaude, notamment de température supérieure à 30 C, comme indiqué plus haut, mieux supérieure à 35 C. Le poste de métallisation 15 peut comporter une enceinte sous vide dans laquelle on expose la pièce moulée est exposée à une pression réduite comprise entre 10-1 et 10-3 mbar, par exemple un vide d'environ 10 2 mbar. La pièce peut par exemple être métallisée au moyen d'un procédé de métallisation tel que décrit dans les brevets US 6 344 114, US 6 096 180, US 5 800 687 ou la demande WO 03/071579, dont le contenu est incorporé par référence. En variante, la pièce peut être métallisée par une simple évaporation sous vide, étant disposée dans une enceinte sous vide en regard d'une cible métallique chauffée. Les particules métalliques arrachées à la cible peuvent avoir une énergie telle qu'elles peuvent pénétrer légèrement dans la matière thermoplastique de la pièce moulée. L'épaisseur de la couche métallique peut être comprise entre 10 et 150 nm, par exemple, de préférence entre 40 et 100 nm.

Les particules métalliques arrachées à la cible pénètrent d'autant mieux dans la matière plastique de la pièce à métalliser que celle-ci est peu refroidie et que les macromolécules la composant ne sont pas complètement figées en surface. La métallisation peut être réalisée au moyen d'une cible métallique comportant au moins un métal choisi dans la liste suivante : titane, chrome, étain, cuivre, or, acier spécial, néodyme, tungstène, molybdène, niobium, palladium, aluminium, tantale, rhodium, platine, CuAl (10), leurs alliages et oxydes. Le métal et l'épaisseur peuvent être choisis en fonction de la couleur recherchée du revêtement métallique, par exemple selon le tableau suivant : Métal Epaisseur de la couche Couleur (nm) Titane (Ti) 30-40 argenté Chrome (Cr) 40-60 argent brillant Etain (Sn) 40-60 blanc argenté Cuivre (Cu) 30-50 brun rougeâtre Or (Au) 50-70 or Acier spécial 40-60 blanc argenté CuAl (10) 60-80 or, couleur laiton Tungstène (W) 30-50 blanc éclatant Molybdène (Mo) 20-40 blanc étain Niobium (Nb) 20-40 gris léger (blanc éclatant poli) Palladium (Pd) 30-50 argent brillant Aluminium (Al) 20-40 blanc argenté Tantale (Ta) 40-60 gris platine Rhodium (Rh) 30-50 blanc argenté Platine (Pt) 40-60 gris à argent La pièce peut être soumise éventuellement à une étape de gravure ultérieure de la couche métallique déposée. En variante, le dépôt de la couche métallique peut être précédé par le dépôt d'un masque sur ou devant la pièce, afin d'obtenir une métallisation sélective.

En variante encore, on peut imprimer sur la pièce, préalablement à l'étape de métallisation, une couche d'un composé choisi pour réduire localement l'adhérence de la couche métallique, et permettre l'élimination ultérieure locale, par exemple par brossage, de la couche métallique dans la zone recouvrant ce composé, de manière à permettre la formation de motifs sur la pièce. Enfin, dans une quatrième étape 40, facultative, la pièce est soumise à la pose du vernis de protection 4 au poste de vernissage 16. Le vernis peut permettre d'améliorer la tenue de la couche métallique et peut être coloré, assurant à la pièce une coloration supplémentaire, le cas échéant. Il peut aussi 10 protéger certains métaux de l'oxydation. Le procédé ci-dessus est avantageusement appliqué à une pluralité de pièces à la fois. L'invention n'est pas limitée à l'exemple qui vient d'être décrit. En particulier, le convoyage des pièces entre les différents postes peut s'effectuer autrement qu'avec un 15 carrousel, comme évoqué plus haut. Le poste de traitement de surface 14 peut être remplacé par un système de transport 12 permettant d'exposer les pièces à un rayonnement infrarouge, comme évoqué précédemment. En variante encore, le poste de métallisation 15 est agencé pour exposer les 20 pièces à un rayonnement infrarouge avant la métallisation. L'expression comportant un doit être comprise comme étant synonyme de comportant au moins un , sauf si le contraire est spécifié.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé pour métalliser une pièce (1) en matière plastique (2), comportant les étapes suivantes : - réaliser la pièce par un procédé de moulage de matière plastique dans une cavité de moule, - réaliser à un poste de métallisation par pulvérisation cathodique (15) un dépôt de métal sur une surface de la pièce (1) à métalliser alors que la température de surface de la pièce est supérieure à 30 C.

2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la pièce (1) présentée au poste de métallisation (15) a une température de surface comprise entre 30 et 50 C, notamment 35 à 45 C.

3. Procédé selon la revendication 2, la surface de la pièce étant non encore complètement figée lors de la métallisation.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la métallisation s'effectue directement sur la matière thermoplastique, sans vernis intermédiaire.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel on extrait complètement la pièce de la cavité de moule pour la présenter au poste de métallisation (15).

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pièce moulée est exposée à une source de chaleur avant sa présentation au poste de métallisation.

7. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la source de chaleur est configurée pour augmenter la température de la surface de la pièce.

8. Procédé selon la revendication 6, dans lequel la source de chaleur est configurée pour ralentir le refroidissement de la surface de la pièce sans en augmenter la température.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel la 30 source de chaleur agit par rayonnement infrarouge.

10. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le traitement par rayonnement infrarouge est choisi de manière à augmenter la tension de surface de la pièce moulée, notamment d'au moins 2 dynes/cm.

11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, la pièce 5 moulée étant exposée à un traitement par plasma froid.

12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le poste de métallisation comporte une enceinte sous vide dans lequel on expose la pièce moulée à une pression réduite comprise entre 10"3 et 10-1 mbars.

13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans 10 lequel la métallisation est réalisée au moyen d'une cible métallique comportant au moins un métal choisi dans la liste suivante : titane, chrome, étain, cuivre, or, acier spécial, néodyme, tungstène, molybdène, niobium, palladium, aluminium, tantale, rhodium, platine, CuAl (10), leurs alliages et oxydes.

14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans 15 lequel on recouvre la pièce moulée et métallisée d'un vernis de protection (4).

15. Pièce moulée métallisée au moyen du procédé tel que défini dans l'une quelconque des revendications précédentes.

16. Dispositif de conditionnement et/ou d'application d'un produit obtenu par la mise en oeuvre du procédé tel que défini à l'une quelconque des revendications 1 à 14, 20 notamment d'un produit cosmétique, comportant au moins une pièce moulée en matière plastique comportant une couche métallique (3) en contact direct avec la matière plastique (2).

17. Installation pour la mise en oeuvre du procédé défini à l'une quelconque des revendications 1 à 14, comportant : 25 un poste de moulage (13) d'une matière plastique, un poste de métallisation sous vide (15) par pulvérisation cathodique, un système de transport (12) d'au moins une pièce moulée du poste de moulage au poste de métallisation sous vide, l'installation étant dépourvue de poste de vernissage entre le poste de moulage (13) et le 30 poste de métallisation (15).

18. Installation selon la revendication précédente, dans laquelle le système de transport (12) est configuré pour permettre la présentation au poste de métallisation (15) de la pièce moulée avant son refroidissement à température ambiante.

19. Installation selon la revendication 17 ou 18, comportant un poste de traitement de surface (14) entre le poste de moulage (13) et le poste de métallisation.

20. Installation selon l'une des revendications 17 à 19, le système de transport comportant une source de chaleur pour exposer la pièce à un rayonnement infrarouge et/ou à de l'air chaud.10