WO2012171862A1 - Procédé de traitement d'un organe d'essuyage - Google Patents

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wiper member
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Frédéric BRETAGNOL
Gilles Petitet
Sabine GIRY
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Valeo Systemes dEssuyage SAS
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    • C08J2321/00—Characterised by the use of unspecified rubbers

Definitions

  • the present invention relates to a method of treating a wiper member and more particularly to a wiper blade wiper, made of elastomer material (s) for a motor vehicle.
  • the invention also relates to a wiper member obtained by this method and uses thereof.
  • wiper blades for motor vehicle wiper blade
  • these blades must have certain characteristics, especially at the surface, allowing effective wiping of the windshield on which they move.
  • Such blades must in particular both be able to conform to the contours of the windshield of the vehicle, and at the same time be sufficiently elastic in order to be able to operate in large temperature ranges, for example from -
  • These blades must also have a sound comfort in use for the occupant of the motor vehicle, that is to say, avoid generating sound waves, so noise.
  • the generation of sound waves by a wiper blade can have various origins and depends on the operating conditions. Indeed, the behavior of a wiper blade varies greatly if it operates in non-lubricated mode (windshield dry) or lubricated (the lubricant is usually water or windshield wiper fluid) , the latter mode having two sub-modes of operation: wet (continuous presence of lubricant) and drying
  • transient noises are not directly related to the high or low coefficient of friction of the blades of wiper blades but rather depend on the stability of said brushes wet lubricated mode or drying and more particularly in the so-called mixed regime zone.
  • mixed regime is meant a regime in which the operating speed of the blade is between 0 and 400 mm / s.
  • the present invention therefore relates to a method of treating wipers to overcome these problems.
  • the material of the wiper member is based on elastomer (s).
  • based on is meant a material comprising at least 10% of elastomer (s), preferably at least 15%, more preferably at least 20%.
  • elastomer (s) is meant a polymer having "hyper-elastic” properties, obtained after crosslinking the polymer.
  • These elastomers comprise natural or synthetic elastomers, alone or as a mixture, in particular the elastomers chosen from the group consisting of natural rubbers (NR), polychloroprenes (CR), ethylene-propylene-diene monomers (EPDM), polyepoxides (EP), nitrile rubbers (NBR, HNBR, XNBR), polybutadienes (BR), butyl rubbers, epichlorohydrins (ECO / GECO), ethylene-acrylate copolymers (VAMAC type), polyurethanes (PU ), fluorinated elastomers and silicone elastomers (VMQ / FMQ).
  • NR natural rubbers
  • CR polychloroprenes
  • EPDM ethylene-propylene-diene monomers
  • EP polyepoxides
  • the elastomers are selected from the group consisting of NR, EPDM, CR and mixtures based on these elastomers.
  • the material comprises at least one basic elastomer, synthetic or natural, and various fillers and / or additives to ensure its mechanical performance and its compatibility with various climatic environments.
  • the fillers used are generally carbon black, graphite, silica, talc or chalk and their derivatives and / or mixtures.
  • the additives include, inter alia, protective agents, for example para-phenylenediamine derivatives which trap UV.
  • the additives also include waxes that migrate to the surface to protect the material.
  • the additives may comprise plasticizers to improve the cold resistance and the use of the elastomer.
  • the most commonly used plasticisers are naphthenic oil, aromatic oil, paraffinic oil or ester oil.
  • the additives generally comprise a vulcanization system, for example comprising sulfur and / or different molecules improving the reaction efficiency or peroxide derivatives.
  • wiper member is intended more particularly for a wiper blade for a wiper blade, for window glass or for a squeegee, as well as a binocular of wipers formed of two wiping blades connected between they.
  • a wiper blade is composed of three elements:
  • a hinge (optional) formed by a thin rubber strip located between the lip and the heel and ensuring the proper positioning of the lip on the windshield, especially when changing the direction of the broom at turning points.
  • twin wiper members means two wipers (wiper blades) joined together, the binocular is generally pre-slit by at least one notch to allow a subsequent separation of the organs l ' one of the other.
  • the two blades of the binoculars are usually connected by their lip.
  • the wiping members are usually obtained by molding or extrusion and are then vulcanized.
  • the wiper member according to the invention undergoes a chemical treatment or a deposit a coating when the stress is exerted on the body.
  • chemical treatment is intended more particularly to methods of hardening and / or surface structuring, known to those skilled in the art, such as, for example and without limitation, halogenation (liquid or gaseous). , energetic treatments among which we can mention the bombardment of electrons
  • Electron beam, ion bombardment, gamma, ultraviolet, infra-red, or laser beam irradiation is Electron beam, ion bombardment, gamma, ultraviolet, infra-red, or laser beam irradiation.
  • the halogenation of the wiper member makes it possible to harden the surface of the member to a certain thickness (creating a "hardened layer”) and thus to increase the service life of the latter.
  • Halogen atoms are covalently attached to the elastomer, in particular by nucleophilic addition to the unsaturations of the carbon chains.
  • Ionic bombardment also makes it possible to harden the surface of the organ to a certain thickness and thus to increase the lifetime of the latter.
  • the bombardment is carried out using a device comprising an ion generator and an ion applicator such as for example those described in FR-A-2 899 242 or US20060042745.
  • irradiation with a laser beam makes it possible to structure the surface of a wiping member.
  • the term "deposition of a coating” is intended more particularly to deposit the surface of the member with a layer having slip properties.
  • plasma plasma polymer
  • DLC Diamond Like Carbon
  • polyethylene layers a deposit obtained by the graphitization technique, such as, for example, the deposition of a painting type coating comprising graphite.
  • laser-based layer deposition which consists of coalescing a composition, in the form of a powder, on the surface with a laser (composition that may comprise, for example, graphite particles and powders). of polyethylene and / or teflon) and previously disposed on the surface homogeneously.
  • the coating deposited by graphitization is therefore a coating based on graphite or polymer particles such as for example polytetrafluoroethylene type PTFE, polyethylene or polypropylene, in particular to reduce the friction of the body on the surface to be wiped.
  • graphite or polymer particles such as for example polytetrafluoroethylene type PTFE, polyethylene or polypropylene, in particular to reduce the friction of the body on the surface to be wiped.
  • the coating targeted by the invention is a coating of the paint type, advantageously deposited using an emulsion comprising water, a binder and fillers for lowering the coefficient of friction of the organ wiping.
  • the water present in this emulsion is then evaporated.
  • the coating used may be that defined in the example of US Pat. No. 5,883,168.
  • the binder or binders comprise a polymer whose function is to retain the charges, such as graphite or other lubricating particles, on the wiper member. It is incorporated as a suspension, dispersion or powder depending on the application of the coating.
  • the binder polymer is chosen from acrylic derivatives, styrene acrylic derivatives, acrylonitriles and their derivatives, ester or ether polyurethanes and their derivatives and polyvinyl chloride (PVC).
  • the binder may also comprise a fluoroelastomer, silicones or siloxanes, elastomeric latices, polyamide, polyethylene or polypropylene powders.
  • the binder may also include a melamine, isocyanate or epoxy type crosslinking agent to impart enhanced mechanical and chemical strength properties to the coating as well as wax to improve the impermeability of the film formed by the binders.
  • the load or loads for lowering the coefficient of friction of the wiper member are selected from the group consisting of graphite, molybdenum disulfide (MoS 2 ), talc, polytetrafluoroethylene (PTFE), UHMWP E ("Ultra High Molecular Weight PolyEthylene”), polyethylene, polypropylene, silicones, nanostructured fillers such as fullerenes, carbon nanotubes (CNT) or mixtures thereof.
  • the filler is graphite powder.
  • the outer surface of the elastomeric material (s) may be partially or fully chemically treated and / or coated.
  • the process according to the invention makes it possible to obtain microstructures or micro- and nano-structures on the surface of the material, creating a specific texture. Indeed, the surface of the material, put under stress, is treated. This treatment then leads to different mechanical properties between the surface and the core of the elastomer. The removal of the constraint thus leads to the creation of residual stresses which are released by the appearance of a network of structures preferentially oriented in the direction of the initial stress (es).
  • the structures have characteristic dimensions related to the conditions of stress and the physical characteristics (conditions) of the treatment.
  • the method according to the invention also considerably reduces the problems of delamination of said coating following the tensioning of the product during its operation on the windshield.
  • the coefficient of friction obtained after structuring the surface is improved compared to the same treatment but applied without stress and there is also a disappearance of transient noises.
  • an improvement of the rollover noises is also measured on the brushes structured on the surface by this method.
  • hydrophobicity of the surfaces thus structured is enhanced compared to the same unstructured surface with contact angle values with water greater than 90 °, these values on an untreated surface being of the order of 80 °, and on a surface treated by unrestrained halogenation exerted, of the order of 60-70 °.
  • the method when the method is implemented with a chemical radiation laser structuring treatment, it makes it possible to reduce, for a laser beam of a given size, the mark left on the surface, leading to a faster and more precise structuring.
  • laser irradiation is used to create linear patterns of diameter 10 ⁇ on the surface, with an inter-distance between two patterns. successive 10 ⁇ , we obtain, after relaxation, linear patterns having a diameter of 5 ⁇ with an inter-distance also halved (5 ⁇ ).
  • interdistance is meant the distance between the end of the first pattern n and the beginning of the pattern n + 1, which, in the case described above, corresponds to creating a line with the laser, of 10 ⁇ of width every 20 ⁇ .
  • Another advantage of the process according to the invention lies in the fact that even when the organ is in action, for example during rubbing on the glass, there is no break in the treatment having been applied.
  • the material based elastomer of the wiper member is subjected to deformations which can be between 0 and 40%. If the surface is treated without stress, when the material will be subjected to friction, it will deform, this deformation resulting in the appearance of cracks in the treatment and / or the appearance of areas with less treatment, which lead either to friction instabilities and / or preferential wear primers.
  • the stress (es) exerted may be constant or variable.
  • Several constraints can also be exercised at the same time so as to achieve different modes of solicitation. These stresses are chosen more particularly from traction, compression, torsion, flexion or shear, alone or in combination.
  • These different modes of solicitation can be carried out alone or coupled, the combination of constraints leading to several concomitant modes of solicitation in order to create a specific geometry of structures (line, square, ...), specific dimensions of structures
  • the stru ctu res and their dimensioning depend on the solicitation and the conditions of the treatment (such as, for example, the nature of the treatment, the temperature, the duration of the treatment, the thickness of the coating and / or the hardened layer).
  • the deformation of the wiper member is between 0.1 and 600%, preferably between 0.5 and 300% and more preferably between 1 and 100%.
  • the modes of stress can be reiterated and / or alternated, so as to obtain the same or different deformation, the member then being treated with a chemical treatment and / or an identical or different coating deposition. A variable and controlled geometry of the surface of the wiper member is thus obtained.
  • the method of the invention may further comprise a step of: c) treating at least a portion of an outer surface of the blade by coating or chemical treatment without any stress being exerted on the blade.
  • This step is particularly advantageous in the case where the steps a) and b) on the one hand and c) on the other hand are repeated and / or alternated.
  • the method which is the subject of the present invention is remarkable in that several treatments by deposition of a coating and / or by chemical treatment are carried out concomitantly or successively when the constraint (s) is (are) exerted. (s).
  • the process which is the subject of the present invention is remarkable in that several constraints are exerted at the same time so as to realize different stresses.
  • the aforementioned wiper member can be subjected to simultaneous traction along an axis (X) which is longitudinal to it and an axis (Y) which is vertical to it.
  • the process that is the subject of the present invention may, by way of non-limiting example, put a chemical treatment work chosen in the group consisting of: liquid or gaseous halogenation, energy treatments such as electron bombardment, bombardment ionic, irradiation by gamma, ultraviolet, infrared or laser beam.
  • halogenation with Bromine can be carried out for a halogenation time of between 1 and 15 minutes, more preferably of approximately 5 minutes.
  • the invention therefore proposes a wiping member, in particular a wiper blade, made of elastomer-based material (s), comprising on an external surface micro- and / or nanostructures resulting from a difference in mechanical properties (for example, internal stresses, hardness, etc.) between the elastomeric material and the layer resulting from the treatment.
  • a wiping member in particular a wiper blade, made of elastomer-based material (s), comprising on an external surface micro- and / or nanostructures resulting from a difference in mechanical properties (for example, internal stresses, hardness, etc.) between the elastomeric material and the layer resulting from the treatment.
  • layer resulting from the treatment is meant the “hardened layer” or the coating.
  • chemical treatment such as the deposition of a coating creates an identifiable surface thickness as a cured layer for chemical treatment and as a coating layer in the case of deposition.
  • the cured layer has a thickness of between 0, 1 ⁇ and 50 ⁇ and the coating has a thickness of between 1 and 50 ⁇ , preferably between 1 and 20 ⁇ and more preferably 2 and 15 ⁇ .
  • the invention also relates to a wiper member, in particular a wiper blade, obtained by the method according to the invention.
  • the invention also relates to a wiper blade comprising a blade as obtained by the method according to the invention.
  • the wiper blade can be either a conventional broom or a flat broom.
  • conventional broom means a broom whose pressure distribution printed by the arm supporting the blade is provided by spreaders distributed along the blade.
  • the pressure distribution printed by the arm supporting the blade is provided by a metal vertebra having a curvature and a calculated pressure.
  • a metal vertebra having a curvature and a calculated pressure.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a conventional wiper blade (1a) or flat wiper blade (1b),
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of a wiper blade according to one embodiment of the invention.
  • FIGS. 3 and 4 are photographs taken by scanning electron microscopy of the wiper blade surface exhibiting the micro- and / or nanostructures obtained by means of the method according to the invention.
  • FIG. 1 represents a schematic perspective view of a conventional wiper blade 11 (1 a) or flat wiper blade (1 b) comprising a wiper blade 10 according to the invention.
  • FIG 2 is a representation of the wiper blade 10 which includes a heel 12 which allows the blade to be inserted into a wiper blade 11.
  • This blade 10 also comprises a lip 16 which ensures contact with the surface to be wiped and a hinge 14 formed by a thin rubber strip located between the lip 16 and the heel 12.
  • This hinge 14 ensures the proper positioning of the lip 16 on the surface to be wiped, especially during the change of direction of the blade 11 at the turning points.
  • the surface to be wiped is in this case a windshield of a motor vehicle.
  • Example 1 Surface-Structuring Process According to the Invention 1. Obtaining Simple Microstructures
  • the parts are implemented by extrusion or by any other means of transformation (for example, molding) and are vulcanized.
  • the wiper member is then subjected to simultaneous traction along the X axis of 20% of its length and along the Y axis of 40% of its length. During this traction, a bromine halogenation treatment is applied for 5 min. The constraint is then released.
  • micro-structures obtained using this method are illustrated by photographs taken by scanning electron microscopy at different scales. 3.
  • FIGS. 3A and 3B it is clearly possible to observe the presence of a surface microstructure composed of micrometric rectangular blocks evenly distributed on the surface of the elastomer-based member.
  • the photograph taken at the highest magnification ( Figure 3C) does not indicate the presence of nano-structure.
  • the parts are implemented by extrusion or by any other means of transformation (for example, molding) and are vulcanized.
  • the wiper member is then subjected to:
  • micro- and nano-structures obtained using this method are illustrated by the photographs taken by scanning electron microscopy at different scales presented in FIG. 4.
  • FIGS. 4A and 4B it is clearly possible to observe the presence of a surface microstructure composed of a succession of micro-metric lines (succession of hollows and bumps) regularly distributed on the surface of the body based on elastomer.
  • the photograph taken at the highest magnification (4C) indicates, contrary to Example 1, the presence on the surface of these microstructures of nanometric structures.
  • Example 2 Effect on the coefficient of friction
  • the parts are implemented by extrusion or by any other means of transformation (for example, molding).
  • Friction measurements were made on a friction bench in which a glass plate moves laterally at a constant speed, and alternatively. The latter is in contact with a wiper blade connected to a fixed frame by which one can adjust the support force and measure the tangential force to deduce the coefficient of friction.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de traitement d'un organe d'essuyage et en particulier d'une lame de balai essuie-glace, en matériau à base d'élastomère(s) pour véhicule automobile. Le procédé selon l'invention comporte une étape de traitement d'au moins une partie d'une surface externe de l'organe par dépôt d'un revêtement ou par traitement chimique alors que ledit organe est sous contrainte. L'invention concerne également un organe obtenu à l'aide de ce procédé et les utilisations de celui-ci.

Description

Procédé de traitement d'un organe d'essuyage
La présente invention concerne un procédé de traitement d'un organe d'essuyage et plus particulièrement d'une lame d'essuyage de balai essuie-glace, en matériau à base d'élastomère(s) pour véhicule automobile. L'invention concerne également un organe d'essuyage obtenu à l'aide de ce procédé et les utilisations de celui-ci.
Dans le domaine des matériaux techniques à base d'élastomères, la recherche s'oriente souvent vers une amélioration des propriétés mécaniques et/ou de l'aspect de surface des pièces mises en forme à partir de ces matériaux.
Dans le cas de lames d'essuyage pour balai essuie-glace de véhicule automobile, ces lames doivent présenter certaines caractéristiques, en particulier en surface, permettant un essuyage efficace du pare-brise sur lequel elles se déplacent. De telles lames doivent notamment à la fois pouvoir épouser les contours du pare-brise du véhicule, et être en même temps suffisamment élastique afin de pouvoir fonctionner dans des plages de températures importantes allant par exemple de -
20°C à +70 °C.
Ces lames doivent également présenter un confort sonore en utilisation pour l'occupant du véhicule automobile, c'est-à-dire éviter de générer des ondes sonores, donc du bruit.
La génération d'ondes sonores par une lame de balai essuie-glace peut avoir diverses origines et dépend des conditions de fonctionnement. En effet, le comportement d'une lame de balai essuie-glace varie énormément si celui-ci fonctionne en mode non lubrifié (pare-brise sec) ou lubrifié (le lubrifiant étant alors généralement de l'eau ou du liquide lave-glace), ce dernier mode comportant deux sous-modes de fonctionnement : mouillé (présence continue de lubrifiant) et séchant
(correspondant à la phase transitoire où le système n'est plus alimenté en lubrifiant et où le lubrifiant s'évapore progressivement avant d'arriver à un mode non lubrifié). Le comportement du coefficient de friction durant ces différents modes et durant la période de transition d'un mode à l'autre, va avoir une influence sur la génération des ondes sonores. Toutefois, cette relation entre le coefficient de friction et la génération d'ondes sonores est particulièrement complexe si bien qu'il est difficile de prévoir l'influence exacte d'une modification de ce paramètre.
D'autre part, lorsqu'un balai essuie-glace est utilisé, un mouvement alternatif anime celui-ci sur le pare-brise. Lors du balayage, il se produit une inversion du sens de pivotement de la lame d'essuyage par rapport au talon d'essuyage au cours de laquelle une surface de la lame d'essuyage vient en contact avec la vitre à essuyer. Ces venues en contact lors des retournements du balai essuie-glace ont pour conséquence de créer des chocs entre différentes surfaces qui sont également générateurs de bruits nuisibles au confort d'utilisation de véhicule, appelés bruits de retournement.
Cependant, l'origine la plus importante de nuisances sonores est celle des bruits dits « transitoires ». Ces bruits transitoires ne sont pas directement liés au niveau élevé ou faible du coefficient de friction des lames de balais essuie-glace mais dépendent plutôt de la stabilité desdits balais en mode lubrifié mouillé ou séchant et plus particulièrement dans la zone dite de régime mixte. Par « régime mixte », on entend un régime dans lequel la vitesse de fonctionnement du balai est comprise entre 0 et 400 mm/s.
Enfin, lors de l'utilisation de la lame d'essuyage, il se produit une usure de la lame, en particulier au niveau des points de contact et/ou parfois une délamination d'un éventuel revêtement conduisant à une modification du coefficient de friction. Il est donc souhaité de disposer d'une lame d'essuyage dont les caractéristiques, en particulier de friction, présentent une meilleure stabilité dans le temps.
La présente invention concerne donc un procédé de traitement d'organes d'essuyage permettant de remédier à ces problèmes.
Elle concerne donc un procédé de traitement d'un organe d'essuyage en matériau à base d'élastomère(s), comportant les étapes consistant à :
a) exercer au moins une contrainte sur l'organe d'essuyage, et,
b) concomitamment, traiter au moins une partie d'une surface externe de l'organe d'essuyage par dépôt d'un revêtement et/ou par traitement chimique.
Les définitions et préférences détaillées ci-après sont applicables à toute la demande.
Le matériau de l'organe d'essuyage est à base d'élastomère(s).
Par « à base de », on entend un matériau comportant au moins 10% d'élastomère(s), de préférence, au moins 15%, plus préférentiellement, au moins 20%.
Par « élastomère(s) », on entend un polymère présentant des propriétés « hyper- élastiques », obtenues après réticulation du polymère. Ces élastom ères comprennent des élastomères naturels ou synthétiques, seuls ou en mélange, en particulier les élastomères choisis parmi le groupe constitué par les caoutchoucs naturels (NR), les polychloroprènes (CR), les éthylène-propylène-diène monomères (EPDM), les polyépoxydes (EP), les caoutchoucs nitriles (NBR, HNBR, XNBR), les polybutadiènes (BR), les caoutchoucs butyles, les épichlorhydrines (ECO/GECO), les copolymères d'éthylène-acrylate (type VAMAC) , les polyuréthanes (PU), les élastomères fluorés et les élastomères silicone (VMQ/FMQ). Ces élastomères peuvent être utilisés seuls ou en mélange. A titre d'exemple, on cite les mélanges NR/EPDM, NR/CR, EPDM/PP ou d'autres mélanges connus par l'homme de métier.
De préférence, les élastomères sont choisis parmi le groupe constitué par les NR, les EPDM, les CR et les mélanges à base de ces élastomères.
Avantageusement, le matériau comprend au moins un élastomère de base, synthétique ou naturel, ainsi que différentes charges et/ou additifs pour assurer ses performances mécaniques et sa compatibilité avec des environnements climatiques variés.
Les charges utilisées sont généralement du noir de carbone, du graphite, de la silice, du talc ou une craie ainsi que leurs dérivés et/ou mélanges.
Les additifs comprennent entre autres des agents de protection, par exemple des dérivés des paraphénylènediamines qui piègent les UV. Les additifs comprennent également des cires qui migrent en surface pour protéger le matériau. De plus, les additifs peuvent comprendre des plastifiants pour améliorer la tenue à froid et la mise en œuvre de l'élastomère. Les plastifiants les plus couramment utilisés sont l'huile naphténique, l'huile aromatique, l'huile paraffinique ou l'huile ester. Les additifs comprennent en général un système de vulcanisation, par exemple comprenant du soufre et/ou différentes molécules améliorant l'efficacité de la réaction ou des dérivés de peroxydes.
Par « organe d'essuyage », on vise plus particulièrement une lame d'essuyage pour balai essuie-glace, pour lèche vitre ou pour raclette, ainsi qu'une jumelle d'organes d'essuyage formée de deux lames d'essuyage reliées entre elles.
Usuellement, une lame d'essuyage est composée de trois éléments :
- une lèvre assurant le contact avec le pare-brise et assurant le joint d'étanchéité permettant l'essuyage de l'eau,
- un talon de forme généralement rectangulaire permettant d'insérer la lame dans le balai et,
- une charnière (optionnelle) formée par une fine bande de caoutchouc située entre la lèvre et le talon et assurant le bon positionnement de la lèvre sur le pare- brise, notamment lors du changement de direction du balai aux points de retournement.
Par « jumelle d'organes d'essuyage», on entend deux organes d'essuyage (lames d'essuyage) joints entre eux, la jumelle étant généralement pré-refendue par au moins une entaille visant à permettre une séparation ultérieure des organes l'un de l'autre. Dans le cas de lames d'essuyage de balai essuie-glace, les deux lames de la jumelle sont en général reliées par leur lèvre.
Les organes d'essuyage sont usuellement obtenus par moulage ou extrusion puis sont vulcanisés.
L'organe d'essuyage selon l'invention subit un traitement chimique ou un dépôt d'un revêtement lorsque la contrainte est exercée sur l'organe.
Par « traitement chimique », on vise plus particulièrement les procédés de durcissement et/ou de structuration de surface, connus de l'homme de l'art, tel que par exemple et de manière non exhaustive, l'halogénation (liquide ou gazeuse), les traitements énergétiques parmi lesquels on peut citer le bombardement d'électrons
(« électron beam »), le bombardement ionique, l'irradiation par rayons gamma, ultraviolets ou infra-rouges ou par rayon laser.
En particulier, l'halogénation de l'organe d'essuyage permet de durcir la surface de l'organe sur une certaine épaisseur (création d'une « couche durcie ») et d'augmenter ainsi la durée de vie de celui-ci. Des atomes d'halogènes sont fixés de manière covalente à l'élastomère, notamment par addition nucléophile sur les insaturations des chaînes carbonées.
Le bombardement ionique permet également de durcir la surface de l'organe sur une certaine épaisseur et d'augmenter ainsi la durée de vie de celui-ci. Le bombardement s'effectue à l'aide d'un dispositif comportant un générateur d'ions et un applicateur d'ions tels que par exemple ceux décrits dans FR-A-2 899 242 ou US20060042745.
L'irradiation par rayon laser permet par exemple de structurer la surface d'un organe d'essuyage.
Par « dépôt d'un revêtement », on vise plus particulièrement le dépôt en surface de l'organe d'une couche ayant des propriétés de glissance. A titre d'exemple, on peut citer le dépôt de couche mince par plasma (polymère plasma) telle que les couches DLC (« Diamond Like Carbon ») ou les couches de polyéthylène. On vise également le dépôt obtenu par la technique de graphitisation, tel que par exemple le dépôt d'un revêtement de type peinture comportant du graphite. Cela vise également le dépôt de couche du type rechargement laser (« laser cladding ») qui consiste à faire coalescer en surface, par un laser, une composition se trouvant sous forme de poudre (composition pouvant comprendre par exemple des particules de graphite et des poudres de Polyéthylène et/ou de téflon) et disposée au préalable sur la surface de manière homogène.
De préférence, le revêtement déposé par graphitisation est donc un revêtement à base de graphite ou de particules de polymères tel que par exemple du type polytétrafluoroéthylène PTFE, polyéthylène ou polypropylène, permettant notamment de diminuer la friction de l'organe sur la surface à essuyer.
Plus particulièrement, le revêtement visé par l'invention est un revêtement de type peinture, avantageusement déposé à l'aide d'une émulsion comportant de l'eau, un liant et des charges permettant d'abaisser le coefficient de friction de l'organe d'essuyage. L'eau présente dans cette émulsion est ensuite évaporée. A titre d'exemple, le revêtement utilisé peut être celui défini dans l'exemple du brevet US 5883168.
Le ou les liants comprennent un polymère dont la fonction est de retenir les charges, tel le graphite ou autre particules lubrifiantes, sur l'organe d'essuyage. Il est incorporé sous forme de suspension, de dispersion ou de poudre en fonction du mode d'application du revêtement. Le polymère du liant est choisi parmi les dérivés acryliques, les dérivés styrène acrylique, les acrylonitriles et leurs dérivés, les polyuréthanes de type ester ou éther et leurs dérivés et le polychlorure de vinyle (PVC). Le liant peut également comprendre un élastomère fluoré, des silicones ou siloxanes, des latex élastomériques, les poudres de polyamide, de polyéthylène ou de polypropylène. Le liant peut également comprendre un agent de réticulation du type mélamines, isocyanate ou époxy pour conférer des propriétés de résistance mécanique et chimique accrues au revêtement ainsi que de la cire pour améliorer l'imperméabilité du film formé par les liants.
La ou les charges permettant d'abaisser le coefficient de friction de l'organe d'essuyage sont choisis parmi le groupe constitué par le graphite, le disulfure de molybdène (MoS2), le talc, le polytétrafluoroéthylène (PTFE), les particules de UHMWP E (« Ultra High Molecular Weight PolyEthylene »), le polyéthylène, le polypropylène, les silicones, les charges nanostructurées comme les fullerènes, les nanotubes de carbones (CNT) ou leurs mélanges. De préférence, la charge est de la poudre de graphite.
L'incorporation de ces charges glissantes dans un liant liquide sera facilitée par des agents de dispersion comme par exemple des polyacrylates. Des agents épaississants évitant leur sédimentation sont également souvent requis.
On notera que la surface externe du matériau à base d'élastomère(s) peut être partiellement ou totalement traitée chimiquement et/ou revêtue du revêtement. Avantageusement, la lèvre et à tout le moins la zone (tranche) de la lèvre, destinée à être en contact avec la surface à essuyer, subit la contrainte exercée et est traitée chimiquement et/ou revêtue du revêtement.
De plus, lorsque la contrainte est exercée, plusieurs traitements peuvent être effectués (traitement chimique et/ou dépôt de revêtement) concomitamment ou successivement.
Le procédé selon l'invention permet l'obtention de microstructures ou de micro- et nano-structures en surface du matériau, créant une texture spécifique. En effet, la surface du matériau, mise sous contrainte, est traitée. Ce traitement conduit alors à des propriétés mécaniques différentes entre la surface et le cœur de l'élastomère. La suppression de la contrainte conduit ainsi à la création de contraintes résiduelles qui sont libérées par l'apparition d'un réseau de structures préférentiellement orientées selon la direction de la ou des contrainte(s) initiale(s). Les structures présentent des dimensions caractéristiques liées aux conditions de sollicitation et aux caractéristiques physiques (conditions) du traitement.
Grâce à ce procédé de structuration de surface, des géométries diverses et variées peuvent être produite de manière contrôlée (ex : rectangle, ligne... ). De plus, un tel procédé présente l'avantage de ne pas nécessiter l'utilisation de forme pour la production des structures, formes qui peuvent s'user durant la fabrication des organes d'essuyage. La qualité de l'organe est ainsi continue tout au long de la production. D'autre part, ce procédé est très simple à mettre en œuvre, quelque soit le mode d'obtention de l'organe (par exemple par moulage ou extrusion).
Le procédé selon l'invention permet également de réduire considérablement les problèmes de délamination dudit revêtement suite à la mise en tension du produit lors de son fonctionnement sur pare-brise.
Le coefficient de friction obtenu après structuration de la surface est amélioré comparativement au même traitement mais appliqué sans contrainte et on constate également une disparition des bruits transitoires. De plus, une amélioration des bruits de retournement est également mesurée sur les balais structurés en surface par ce procédé.
Par ail leurs , l'hydrophobie des surfaces ainsi structurées est renforcée comparativement à la même surface non structurée avec des valeurs d'angle de contact avec l'eau supérieures à 90°, ces valeurs sur une surface non traitée étant de l'ordre de 80° , et sur une surface traitée par halogénation sans contrainte exercée, de l'ordre de 60-70°.
De plus, lorsque le procédé est mis en œuvre avec un traitement chimique de structuration par irradiation par rayon laser, il permet de réduire, pour un faisceau laser de taille donné, la marque laissée en surface, conduisant à une structuration plus rapide et plus précise. A titre d'exemple, si on étire par exemple selon un axe à 100 % d'élongation, puis que l'on irradie au laser pour créer en surface des motifs linéaires de 10 μηι de diamètre, avec une inter-distance entre deux motifs successifs de 10 μηι, on obtient, après relaxation, des motifs linéaires présentant un diamètre de 5 μηι avec une inter-distance également réduite de moitié (5 μηι). Par « interdistance », on entend la distance entre la fin du premier motif n et le début du motif n+1 , ce qui, dans le cas décrit ci-avant, correspond à créer une ligne avec le laser, de 10 μηι de largeur tous les 20 μηι.
Enfin, un autre avantage du procédé selon l'invention réside dans le fait, que même lorsque l'organe est en action, par exemple lors d'un frottement sur le verre, il n'y a pas de rupture du traitement ayant été appliqué au cours du procédé selon l'invention (sous contrainte) . En effet, lors du frottement, le matériau à base d'élastomère de l'organe d'essuyage est soumis à des déformations qui peuvent être comprises entre 0 et 40 %. Si la surface est traitée sans contrainte, lorsque le matériau va être soumis au frottement, il va se déformer, cette déformation entraînant l'apparition de fissures dans le traitement et/ou l'apparition de zones présentant un traitement moindre, qui conduisent soit à des instabilités de friction et/ou des amorces d'usure préférentielles. Avec le procédé selon l'invention, ces problèmes sont résolus.
La ou les contrainte(s) exercée(s) peut (peuvent) être constante(s) ou variable(s). Plusieurs contraintes peuvent également être exercées en même temps de manière à réaliser différents modes de sollicitation. Ces sollicitations sont choisies plus particulièrement parmi la traction, la compression, la torsion, la flexion ou le cisaillement, seules ou en combinaison. Ces différents modes de sollicitation peuvent être effectués seuls ou couplés, la combinaison de contraintes conduisant à plusieurs modes de sollicitation concomitants afin de créer une géométrie spécifique des structures (ligne, carrée, ... ) , des dimensions spécifiques de structures
(n an o m étri q u es et/o u m i crom étri q u e) . E n effet, l es stru ctu res et l e u r dimensionnement sont fonctions de la sollicitation et des conditions du traitement (telles que par exemple, la nature du traitement, la température, la durée du traitement, l'épaisseur du revêtement et/ou de la couche durcie).
Avantageusement, lors de la sollicitation, la déformation de l'organe d'essuyage est compris entre 0, 1 et 600% , préférentiellement, entre 0,5 et 300% et plus préférentiellement entre 1 et 100%.
Les modes de sollicitations peuvent être réitérés et/ou alternés, de manière à obtenir une déformation identique ou différente, l'organe étant alors traité avec un traitement chimique et/ou un dépôt de revêtement identique ou différent. Une géométrie variable et contrôlée de la surface de l'organe d'essuyage est ainsi obtenue.
Le procédé selon l'invention peut comporter en outre une étape consistant à : c) traiter au moins une partie d'une surface externe de la lame par dépôt d'un revêtement ou par traitement chimique sans qu'aucune contrainte ne soit exercée sur la lame.
Cette étape est particulièrement avantageuse dans le cas où les étapes a) et b) d'une part et c) d'autre part sont réitérées et/ou alternées.
Selon un autre mode de réalisation, le procédé objet de la présente invention est remarquable en que plusieurs traitements par dépôt d'un revêtement et/ou par traitement chimique sont effectués concomitamment ou successivement lorsque la ou les contrainte(s) est (sont) exercée(s).
Selon une autre variante, le procédé objet de la présente i nvention est remarquable en que plusieurs contraintes sont exercées en même temps de manière à réaliser différentes sollicitations. Ainsi, on peut par exemple soumettre l'organe d'essuyage précité à une traction simultanée selon un axe (X) qui lui est longitudinal et un axe (Y) qui lui est vertical.
Le procédé objet de la présente invention peut, à titre d'exemple non limitatif, mettre un œuvre un traitement chimique choisi dans le groupe constitué par : l'halogénation liquide ou gazeuse, les traitements énergétiques tels que le bombardement d'électrons, le bombardement ionique, l'irradiation par rayons gamma, ultraviolets, infrarouges ou par rayon laser. A titre d'exemple, on peut réaliser l'halogénation avec du Brome pendant un temps d'halogénation compris entre 1 et 15 minutes, plus préférentiellement d'environ 5 minutes.
L'invention propose donc un organe d'essuyage, en particulier lame d'essuyage, en matériau à base d'élastomère(s), comportant sur une surface externe des micro- et/ou nanostructures résultant d'une différence de propriétés mécaniques (par exemple, les contraintes internes, la dureté, etc.) entre le matériau à base d'élastomère et la couche résultant du traitement.
Par « couche résultant du traitement », on vise la « couche durcie » ou le revêtement. En effet, le traitement chimique comme le dépôt d'un revêtement crée une épaisseur en surface identifiable en tant que couche durcie pour le traitement chimique et en tant que couche de revêtement dans le cas du dépôt. De préférence, la couche durcie présente une épaisseur comprise entre 0, 1 μιη et 50 μιη et le revêtement, une épaisseur comprise entre 1 et 50 μιη, préférentiellement entre 1 et 20 μηι et plus préférentiellement 2 et 15 μηι.
L'invention concerne également un organe d'essuyage, en particulier lame d'essuyage, obtenu(e) par le procédé selon invention.
L'invention a également pour objet un balai essuie-glace comportant une lame telle qu'obtenue par le procédé selon l'invention.
On notera que le balai essuie-glace peut être, soit un balai classique, soit un balai plat.
Par « balai classique », on entend un balai dont la répartition de pression imprimée par le bras supportant le balai est assurée par des palonniers répartis le long du balai.
Alors que pour un « balai plat », la répartition de pression imprimée par le bras supportant le balai est assurée par une vertèbre métallique ayant une courbure et une pression calculée. Ainsi, on peut supprimer les palonniers du balais ce qui permet notamment une réduction de la hauteur du balai.
Elle vise enfin l'utilisation d'un organe d'essuyage et plus particulièrement une lame de balai essuie-glace selon l'invention, pour diminuer les nuisances sonores générées lors du balayage d'un pare-brise.
En effet, une amélioration des bruits de retournement et des bruits transitoires a été mesurée sur les balais structurés en surface par ce procédé.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention sont décrits dans les exemples qui suivent, donnés uniquement à titre d'exemple non limitatif et faits en se référant aux dessins dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un balai d'essuie-glace classique (1a) ou plat (1 b),
- la figure 2 est une vue schématique en perspective d'une lame d'essuyage selon un mode de réalisation de l'invention, et,
- les figures 3 et 4 sont des photographies prises par microscopie électronique à balayage de la surface de lame d'essuyage présentant les micro- et/ou nano- structurations obtenues à l'aide du procédé selon l'invention.
La figure 1 représente une vue schématique en perspective d'un balai d'essuie- glace 11 classique (1 a) ou plat (1 b) comprenant une lame d'essuyage 10 selon l'invention.
La figure 2 est une représentation de la lame d'essuyage 10 qui comprend un talon 12 qui permet d'insérer la lame dans un balai essuie-glace 11 . Cette lame 10 comprend également une lèvre 16 qui assure le contact avec la surface à essuyer et une charnière 14 formée par une fine bande de caoutchouc située entre la lèvre 16 et le talon 12. Cette charnière 14 assure le bon positionnement de la lèvre 16 sur la surface à essuyer, notamment lors du changement de direction du balai 11 aux points de retournement. La surface à essuyer est dans le cas présent un pare-brise de véhicule automobile.
Exemple 1 : Procédé de structuration de surface selon l'invention 1. Obtention de microstructures simples
Les pièces sont mises en oeuvre par extrusion ou par tout autre moyen de transformation (par exemple, moulage) et sont vulcanisées.
L'organe d'essuyage est ensuite soumis à une traction simultanée selon l'axe X de 20% de sa longueur et selon l'axe Y de 40% de sa longueur. Durant cette traction, un traitement d'halogénation au brome est appliqué, durant 5 min. La contrainte est ensuite relâchée.
Les micro-structures obtenues à l'aide de ce procédé sont illustrées par les photographies prisent par microscopie électronique à balayage à différentes échelles et présentées en figure 3. Sur les figures 3A et 3B, on peut clairement observer la présence d'une microstructure en surface composée de pavés rectangulaires micrométriques répartis de manière régulière à la surface de l'organe à base d'élastomère. La photographie prise au plus fort grossissement (figure 3C) n'indique pas la présence de nano-structure.
2. Obtention de micro- et nano-structures
Les pièces sont mises en oeuvre par extrusion ou par tout autre moyen de transformation (par exemple, moulage) et sont vulcanisées.
L'organe d'essuyage est ensuite soumis :
- à une première traction selon l'axe X de 5% ; durant cette traction, un traitement d'halogénation au brome est appliqué, durant 1 min. La contrainte est ensuite relâchée.
- à une deuxième traction simultanée selon l'axe X de 40% de sa longueur et selon l'axe Y de 5% de sa longueu r ; durant cette traction, un traitement d'halogénation au brome est appliqué, durant 4 min. La contrainte est ensuite relâchée.
Les micro- et nano-structures obtenues à l'aide de ce procédé sont illustrées par les photographies prisent par microscopie électronique à balayage à différentes échelles présentées en figure 4.
Sur les figures 4A et 4B, on peut clairement observer la présence d'une microstructure en surface composée d'une succession de lignes micro-métriques (succession de creux et de bosses) réparties de manière régulière à la surface de l'organe à base d'élastomère. La photographie prise au plus fort grossissement (4C) indique, contrairement à l'exemple 1 , la présence à la surface de ces microstructures de structures nanométriques.
Exemple 2 : Effet sur le coefficient de friction Les pièces sont mises en œuvre par extrusion ou par tout autre moyen de transformation (par exemple, moulage).
Des mesures de friction ont été faites sur un banc de friction dans lequel une plaque en verre se déplace latéralement à vitesse constante, et de manière alternative. Cette dernière est en contact avec une lame d'essuyage reliée à un bâti fixe grâce auquel on peut ajuster la force d'appui et mesurer l'effort tangentiel permettant d'en déduire le coefficient de friction.
Les mesures ont été effectuées en mode non lubrifié avec une force d'appui de 15 N/m et une vitesse de déplacement de 300 mm/s. Traitement de
Matériau Friction
surface
NR / 3,53 + 0, 15
NR Halogénation* 2,05 + 0,07
procédé tel que
NR décrit dans 1 , 19 + 0,05
exemple 1.2
NR=Caoutchouc naturel
*Temps d'halogénation avec l'élément brome = 5 mn
Conclusion : Le coefficient de friction obtenu après structuration de la surface en mode non lubrifié est amélioré comparativement au même traitement mais appliqué sans sollicitation (jusqu'à 40 % d'amélioration mesurée).

Claims

REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement d'un organe d'essuyage en matériau à base d'élastomère(s), comportant les étapes consistant à :
a) exercer au moins une contrainte sur l'organe d'essuyage, et,
b) concomitamment, traiter au moins une partie d'une surface externe de l'organe d'essuyage par dépôt d'un revêtement et/ou par traitement chimique.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel la ou les contrainte(s) exercée(s) est (sont) constante(s) ou variable(s).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la ou les contrainte(s) exercée(s) est (sont) une (des) sollicitation(s) choisie(s) parmi la traction, la compression, la torsion, la flexion ou le cisaillement, seules ou en combinaison.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel lors de la sollicitation, la déformation de l'organe d'essuyage est comprise entre 0, 1 et 600%.
5. Procédé selon l'une quelconque de revendication précédente, comportant en outre une étape consistant à :
c) traiter au moins une partie d'une surface externe de la lame par dépôt d'un revêtement ou par traitement chimique sans qu'aucune contrainte ne soit exercée sur la lame.
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel les étapes a) et b) d'une part et c) d'autre part sont réitérées et/ou alternées.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel plusieurs traitements par dépôt d'un revêtement et/ou par traitement chimique sont effectués concomitamment ou successivement lorsque la ou les contrainte(s) est (sont) exercée(s).
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel plusieurs contraintes sont exercées en même temps de manière à réaliser différentes sollicitations.
9. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l'organe d'essuyage est soumis à une traction simultanée selon un axe (X) longitudinal à l'organe d'essuyage et un axe (Y) vertical à l'organe d'essuyage.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le traitement chimique est choisi dans le groupe constitué par : l'halogénation liquide ou gazeuse, les traitements énergétiques tels que le bombardement d'électrons, le bombardement ionique, l'irradiation par rayons gamma, ultraviolets, infrarouges ou par rayon laser.
11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel l'halogénation est réalisée avec du Brome et dans lequel le temps d'halogénation est compris entre 1 et 15 minutes, plus préférentiellement d'environ 5 minutes.
12. Organe d'essuyage, en particulier lame d'essuyage, en matériau à base d'élastomère(s), comportant sur une surface externe des micro- et/ou nanostructures résultant d'une différence de propriétés mécaniques entre le matériau à base d'élastomère et la couche résultant du traitement.
13. Organe d'essuyage selon la revendication 12, en particulier lame d'essuyage, obtenu(e) par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 .
14. Balai d'essuie-glace comportant une lame d'essuyage selon la revendication 12 ou 13.
15. Utilisation d'une lame d'essuyage de balai d'essuie-glace tel que définie dans la revendication 12 ou 13, pour diminuer les nuisances sonores générées lors du balayage d'un pare-brise.
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