Procédé de galvanoplastie de l'ABS, du PP, du PA, du PC et d'autres plastiques automobiles couramment utilisés

D'après les statistiques de l'Association chinoise des constructeurs automobiles, la production et les ventes automobiles de la Chine devraient atteindre respectivement 27.021 millions et 26.864 millions d'unités en 2022 (la Chine se classant première au niveau mondial pour la 14e année consécutive), soit une augmentation de 3.4 % et 2.1 % par rapport à l'année précédente. Si l'industrie automobile poursuit sa croissance et son développement, contribuant de manière significative à la croissance économique, elle aggrave également les problèmes énergétiques et environnementaux. Des études montrent que l'allègement des véhicules permet de réduire efficacement la consommation de carburant et les émissions polluantes. Pour chaque réduction de 10 % du poids d'un véhicule, la consommation de carburant peut diminuer de 6 % à 8 % et les émissions de CO2 de 5 % à 6 %.

La technologie d'allègement des automobiles se divise en trois axes : la conception structurelle optimisée, l'utilisation de matériaux légers et les techniques de fabrication avancées. Parmi ceux-ci, l'emploi de matériaux légers est la méthode la plus directe pour réduire le poids des automobiles. Les plastiques présentent des propriétés intéressantes telles que leur légèreté, leur faible coût et leur facilité de moulage. En particulier, l'électroplacage leur confère un aspect et un brillant métalliques, améliorant ainsi leurs propriétés décoratives, anticorrosion, mécaniques et autres, ce qui explique leur popularité dans l'industrie automobile. Les matériaux non métalliques sont les plus utilisés dans les procédés d'allègement, et la tendance est au remplacement de l'acier par le plastique.

Cet article présente la situation générale des plastiques automobiles et résume les applications de plusieurs plastiques tels que… ABSCe document présente le PP, le PA et le PC, largement utilisés dans l'automobile, et explique leurs procédés de galvanoplastie. Il fournit des références pour des recherches ultérieures.

1. Aperçu de l'application des matières plastiques dans l'automobile

Le plastique est un matériau polymère principalement composé de résine synthétique organique, qui peut être moulé sous l'effet de la chaleur et de la pression. Grâce à ses excellentes propriétés telles que sa légèreté, son faible coût, sa facilité de mise en œuvre et la diversité des traitements de surface possibles, il est largement utilisé dans la fabrication de pièces automobiles, notamment pour l'intérieur, l'extérieur, la structure et les fonctions. Avec le développement constant des technologies d'allègement des véhicules, l'utilisation du plastique dans l'automobile a connu une forte augmentation.

Parmi les plastiques automobiles, les plastiques d'usage courant sont relativement bon marché et représentent plus de 50 % du marché, suivis des plastiques techniques, qui représentent environ 15 %. Les plastiques spéciaux sont plus coûteux et leur utilisation est relativement faible. Selon les statistiques de recherche, les plastiques automobiles les plus utilisés et adaptés à la galvanoplastie comprennent l'ABS, le PP, le PA, le PC, etc.

2. Utilisation de l'ABS dans l'automobile et son traitement de surface par électrolyse

1. Application de l'ABS dans les automobiles

L'ABS est un plastique technique thermoplastique aux applications très diverses. Cependant, en raison de ses défauts tels qu'une faible résistance aux intempéries, une tendance à la décoloration et une inflammabilité, il est souvent mélangé à d'autres polymères dans l'industrie automobile afin de fabriquer des produits modifiés plus variés, comme les alliages ABS/PC, ABS/PA et ABS/PVC. ABS ligne d'extrusion de feuilles

L'alliage ABS/PC permet d'améliorer la résistance à la chaleur et la résistance à la traction de l'ABS, de réduire la viscosité du PC fondu, d'améliorer les performances de transformation et de diminuer la sensibilité des contraintes internes et de la résistance aux chocs du produit à son épaisseur. Il est principalement utilisé pour la décoration intérieure et extérieure des automobiles, les phares et autres pièces nécessitant une haute résistance et une haute résistance à la chaleur.

L'alliage ABS/PA présente une résistance à la déformation, une bonne fluidité et des propriétés mates uniques, et peut être utilisé dans des pièces telles que les pare-chocs, les tableaux de bord et les panneaux décoratifs de montants.

L'alliage ABS/PVC offre une excellente résistance à la chaleur et aux chocs, tout en étant ignifuge, auto-extinguible et résistant aux produits chimiques. Il est principalement utilisé pour les tableaux de bord, les panneaux d'instruments et autres pièces automobiles nécessitant une protection contre le feu.

2. Procédé de galvanoplastie ABS

Le plastique ABS de qualité électroplaquée exige une bonne adhérence entre le revêtement métallique et le substrat, et la teneur en butadiène doit être maintenue entre 18 % et 23 %. Le procédé d'électroplacage du plastique ABS comprend trois étapes : prétraitement, dépôt chimique et électroplacage. Le déroulement général est le suivant : relaxation des contraintes → dégraissage → rugosification → réduction au chrome hexavalent → activation au palladium-étain → élimination de l'hydroxyde d'étain → nickelage (ou cuivrage) chimique → pré-placage → électroplacage. Parmi ces étapes, le traitement de surface avant le dépôt est l'étape la plus critique. Le prétraitement de surface, la simplification du procédé et le remplacement des solutions de placage par des solutions plus respectueuses de l'environnement constituent des sujets de recherche importants.

3. Utilisation du PP dans l'automobile et son traitement électrolytique

1. Application du PP dans les automobiles

Le PP est un thermoplastique léger, inodore, non toxique, incolore et translucide, à usage général, présentant une bonne résistance chimique et thermique, de bonnes propriétés d'isolation électrique et de haute résistance mécanique. L'ajout d'agents de renforcement, d'agents tensioactifs, etc. aux matières premières permet de modifier la composition polymère, la structure macromoléculaire ou la configuration cristalline du polypropylène afin d'améliorer ses performances globales.

L'ajout d'une certaine proportion de fibres de verre au polypropylène (PP) permet d'obtenir un PP renforcé de fibres de verre, plus rigide et résistant à la chaleur. Ce matériau est fréquemment utilisé dans les pièces structurelles automobiles et les pièces soumises à des températures de fonctionnement élevées, telles que les conduits d'admission d'air du compartiment moteur, les boîtiers de filtre à air et les ventilateurs de radiateur. L'ajout d'une quantité appropriée de talc et de carbonate de calcium au PP améliore également sa rigidité et sa résistance à la chaleur. Ce PP modifié est souvent utilisé pour les cadres de pare-chocs, les tableaux de bord, les déflecteurs et les montants de pare-chocs. L'ajout de polyéthylène glycol (POE) ou d'agents de renforcement comme le caoutchouc éthylène-propylène-diène (EPDM) permet de l'utiliser dans certaines pièces structurelles exigeant une grande ténacité, notamment pour les véhicules haut de gamme.

2. Procédé de galvanoplastie PP

Du point de vue du procédé de galvanoplastie, le PP peut être divisé en type ordinaire, type galvanoplastie et type conducteur.

Le traitement électrolytique du PP ordinaire présente une faible précision dimensionnelle et un rugosage difficile. Il est nécessaire de le gonfler avec un solvant organique avant le décapage et le rugosage. Le solvant organique couramment utilisé est le xylène. Après rugosification, il peut être traité selon les mêmes procédés de sensibilisation, d'activation et autres procédures que le plastique ABS.

Le PP de qualité électroplaquée est fabriqué en ajoutant une certaine proportion de charges telles que ZnO et TiO2 au polypropylène. Ces charges se dissolvent lors du processus de gravure chimique et de rugosification pour former une surface rugueuse et améliorer l'adhérence du revêtement. Pour le PP électroplaqué, le procédé est similaire à celui utilisé pour le plastique ABS, à la différence que la température de la solution doit être augmentée à 70-80 °C lors de la gravure chimique.

On obtient du polypropylène conducteur en ajoutant environ 30 % de poudre de graphite au polypropylène. Ce matériau présente une bonne conductivité électrique et peut être traité par électrodéposition selon les procédés utilisés pour les pièces métalliques. Le développement de polypropylène de qualité électrodéposable et l'amélioration des procédés de rugosification constituent des axes de recherche majeurs dans le domaine de l'électrodéposition du polypropylène.

4. Utilisation de l'acrylique dans le secteur automobile et son traitement électrolytique

1. Application de l'énergie acoustique aux automobiles

Le plastique PA possède de bonnes propriétés mécaniques, une résistance à la chaleur, à l'usure et aux produits chimiques, ainsi qu'une autolubrification, un faible coefficient de frottement, une certaine résistance à la flamme, une facilité de traitement et convient au remplissage avec des fibres de verre et d'autres charges pour une modification améliorée.

Le PA renforcé de fibres de verre peut être utilisé pour les pièces en plastique et les pièces de moteur dans le compartiment moteur ; l’alliage PA/ABS à haute résistance à la chaleur est utilisé dans les rétroviseurs automobiles, les bouchons de réservoir de carburant, les ailes, etc. ; l’alliage PA/PPE possède d’excellentes propriétés de résistance à la chaleur, de solidité, d’ignifugation, de conductivité et autres, et peut être utilisé dans les boîtiers électriques centraux automobiles, les ailes, les grands déflecteurs, les panneaux de protection, etc.

2. Procédé de galvanoplastie PA

Avant le dépôt électrolytique, il convient de vérifier les contraintes des pièces en PA ordinaire. La méthode consiste à immerger la pièce dans du n-heptane. Si des fissures apparaissent en 5 à 15 secondes, les contraintes doivent être éliminées. Les pièces contraintes peuvent être placées dans de l'eau froide et portées à ébullition. Après 3 heures, elles sont refroidies lentement à l'eau claire afin d'éliminer les contraintes internes. Le prétraitement avant dépôt électrolytique du PA est sensiblement le même que celui du plastique ABS, à l'exception de l'étape de rugosification. Le développement des matériaux de dépôt électrolytique, la protection de l'environnement et l'amélioration des procédés restent des sujets de recherche importants.

5. Utilisation du PC dans l'automobile et son traitement électrolytique

1. Application de l'ordinateur personnel dans les automobiles

Le polycarbonate (PC) est un polymère à haut poids moléculaire contenant des groupes carbonate dans sa chaîne moléculaire. Il se caractérise par une résistance élevée aux chocs, une bonne résistance à la fatigue, une bonne stabilité dimensionnelle, une transparence et une bonne aptitude à la teinture. Cependant, en raison de sa faible résistance aux rayures et à l'usure, il est souvent utilisé sous forme d'alliages plastiques pour la décoration intérieure et extérieure des automobiles. Par exemple, les alliages PC/PET et PC/PBT combinent la haute résistance à la chaleur et aux chocs du PC avec la résistance à l'usure et les propriétés de mise en œuvre du polyester. Ils conviennent à la fabrication de composants de carrosserie, de protections latérales, d'encadrements de portes et de pare-chocs résistants aux chocs à basse température.

2. Procédé de galvanoplastie PC

Le prétraitement du PC comprend un contrôle des contraintes internes, une relaxation des contraintes, un traitement de gonflement, une attaque chimique et un décapage. Le contrôle des contraintes consiste à immerger la pièce dans une solution aqueuse contenant 70 % d'acétone (en masse) et à la laisser à température ambiante pendant une minute afin d'observer l'apparition éventuelle de fissures. La relaxation des contraintes consiste à augmenter lentement la température jusqu'à 110-130 °C dans une étuve, à la maintenir à cette température pendant 2 à 6 heures, puis à la laisser refroidir lentement. Le gonflement consiste à immerger la pièce dans des solvants tels que le méthanol, l'éthanol, le phénol et l'éther jusqu'à ce que la surface devienne légèrement blanche. Le décapage chimique peut être réalisé à l'aide d'une solution de décapage chimique à base d'acide sulfurique (ABS), mais à une température plus élevée. Il peut également être effectué avec des solutions de décapage telles que l'hydroxyde de sodium, le nitrate de sodium et le nitrite de sodium. La préparation des matériaux d'alliage et l'amélioration des procédés de prétraitement de surface constituent des axes de recherche importants dans le domaine de la galvanoplastie du PC.

6. Autres matières plastiques à usage automobile et leur traitement de surface par électrolyse

Outre les quatre plastiques automobiles les plus utilisés mentionnés ci-dessus, le PE, le PET, le POM, le PPO, le PVC, etc. sont également très répandus dans l'industrie automobile. Le PE possède de bonnes propriétés d'isolation et une bonne stabilité chimique, et se transforme facilement. Il est souvent utilisé pour les panneaux intérieurs, les coffres à bagages, les réservoirs de carburant, les gaines, les ailes, etc.

Le PET présente une bonne résistance au fluage, à la fatigue et au frottement, ainsi qu'une excellente stabilité dimensionnelle. Le PET modifié est fréquemment utilisé pour les cadres de rétroviseurs automobiles, les haut-parleurs, les encadrements de toits ouvrants, les plafonds, etc. Le POM, plus résistant que l'ABS, est surnommé « acier ultra-résistant » ou « acier de compétition ». Il offre de bonnes propriétés mécaniques, d'isolation, de résistance aux solvants et une bonne aptitude à la transformation. Le POM modifié est utilisé dans les valves de puissance et les joints universels automobiles, ainsi que pour les roulements, les poignées, les mécanismes de lève-vitres, etc.

Le PPO est non toxique, transparent, de faible densité relative et possède d'excellentes propriétés mécaniques, une grande résistance au fluage, à la chaleur et une bonne stabilité dimensionnelle. Les alliages PPO/PS, PPO/PA, PPO/PBT et autres sont fréquemment utilisés dans la fabrication de moyeux de roues, de boîtiers de phares, de boîtes à fusibles, de déflecteurs, de tampons, etc. pour les automobiles. Le PVC, quant à lui, présente de bonnes propriétés électriques, une résistance aux acides et aux bases, ainsi qu'une bonne stabilité chimique. Il est utilisé dans les systèmes anticollision automobiles, les revêtements intérieurs de portières, les surfaces et joints de tableaux de bord, etc.

La principale différence dans le procédé de galvanoplastie des plastiques mentionnés ci-dessus réside dans le prétraitement et le dépolissage. Dès lors que le dépolissage permet d'obtenir une surface rugueuse optimale, la sensibilisation, l'activation, le dépôt chimique et la galvanoplastie peuvent être réalisés sans difficulté. Ces étapes ne seront pas détaillées ici.

Les plastiques renforcés de fibres sont des matériaux composites obtenus par l'ajout de fibres et de tissus à des plastiques ou des résines. Ils représentent une voie de développement importante pour les matériaux automobiles légers. Le plastique renforcé de fibres de verre (PRFV), également appelé fibre de verre, présente l'avantage d'une résistance spécifique élevée, d'une résistance à la corrosion, de bonnes propriétés d'isolation électrique et d'une coloration facile. Il est fréquemment utilisé dans la fabrication d'éléments de carrosserie, tels que les ailes, les toits et les pare-chocs.

Le plastique renforcé de fibres de carbone se caractérise par une haute résistance, une bonne élasticité, une résistance à la fatigue et à l'usure, et est principalement utilisé pour la carrosserie, le châssis, les roues, etc., des automobiles haut de gamme. Les plastiques à fibres naturelles utilisent des fibres végétales naturelles telles que le jute et le sisal comme matériaux de renforcement. Ils offrent d'excellentes performances tout en étant respectueux de l'environnement. Ils peuvent être utilisés pour les panneaux intérieurs de portières, les garnitures de toit, les dossiers de sièges, les tableaux de bord, etc. Les plastiques renforcés de fibres sont composés de plastiques et de résines. Les recherches sur leur procédé de galvanoplastie portent principalement sur la préparation de matériaux adaptés à ce procédé et sur l'amélioration de ce dernier.

7. Conclusion et perspectives

Avec le développement continu des technologies d'allègement automobile, le plastique est devenu le matériau non métallique léger le plus utilisé. L'application généralisée de la technologie de galvanoplastie confère non seulement aux pièces en plastique un aspect et une texture métalliques, améliorant ainsi l'esthétique et le confort des pièces automobiles, mais elle améliore également les propriétés mécaniques et la stabilité chimique des pièces en plastique, enrichissant ainsi l'utilisation du plastique dans les applications automobiles.

Le traitement électrolytique des plastiques pour automobiles favorise la substitution des matériaux métalliques et accélère l'allègement des véhicules. Les plastiques modifiés et les plastiques renforcés de fibres sont de plus en plus utilisés dans l'automobile en raison de leurs excellentes propriétés. La mise au point de matériaux adaptés à l'électrolyse et l'amélioration des procédés d'électrolyse seront essentielles au développement de la technologie de métallisation des surfaces plastiques.