TPE SUR LES COLLES ET LES ADHÉSIFS

« absorbent les vibrations et contribuent à l'isolation électrique, thermique et phonique.

Les inconvénients résultent du fait que l'opération de collage implique la préparation des surfaces à encoller : traitement physique ou chimique préalable des surfaces afin d'améliorer la fixation et l'étalement de la colle .

Le collage implique également un bon choix de colle, en fonction des nombreux critères qui dépendent de la nature des surfaces à encoller.

Par ailleurs, certaines colles ne résistent pas à la chaleur, au froid, aux chocs thermiques, ou présentent un mauvais comportement à la lumière, ou coûtent trop cher.

Au total, il n'existe pas de colle universelle alliant toutes les qualités à la fois et sans aucun inconvénient.

ADHÉSION ET ADHÉRENCE La force qui maintient deux surfaces encollées est désignée par force d'adhésion.

Celle qu'il faut appliquer pour les séparer est appelée force d'adhérence .

Ces deux grandeurs ne sont pas égales, car la valeur de la force d'adhérence dépend de la manière dont on tente de séparer les surfaces encollées, alors que la force d'adhésion est indépendante de cette opération.

L'exemple suivant permet d 'illustrer cette nuance : la force qui mainti ent entre elles les différentes couches d'un ruban adhésif sur son rouleau débiteur a la même intensité partout ; pourtan~ la force qu'il faut appliquer (force d'adhérence) pour décoller une certaine longueur du ruban, dépend de la vitesse de tirage.

Ainsi, dans la pratique, on mesure toujours la force d'adhérence :on n'a pas accès à la force d'adhésion, s i ce n'est à travers ce que prévoit la théorie.

THÉORIE DU COLLAGE Compte tenu du nombre très élevé de colles et des surfaces de natures différentes que l'on peut coller, il n'existe pas une e xplication universelle du collage.

Plusieurs théories , ou plutôt modèles complémentaires , tentent d'en rendre compte.

Nous allons survoler les principaux : l'ancrage mécanique , la théorie du mouillage , la théorie chimique, le modèle électrostatique, le modèle de l'interdiffus ion, le modèle du facteur dissipatif.

LE MODÈLE DE 1.' ANCRAGE MÉCANIQUE En 1926, Mac Bain et Hopkins avancent l'idée simple suivante : le collage, disent-ils , résulte de la pénétrat ion de la colle liquide dans les pores et entre les aspérités des surfaces en contact suivi de sa solidification ultérieure .

Selon ce mécanisme, l'augmentation de la surface réelle de contact (à très petite échelle notamment) devrait améliorer le collage, ce qui est vérifié comme l'expérience commune le montre.

Cependant , il faut que la colle «mouille», c'est-à-dire couvre le plus parfaitement possible les surfaces à réunir , afin de ne pas piéger des bulles d'air au fond des porosités.

LE MODÈLE DU MOUILLAGE Une goutte de liquide s'étale plus ou moins bien à la surface lisse d'un solide.

L'eau pure par exemple s'étale parfaitement sur une plaque de verre propre : le « mouillage » est parfait.

Au contraire, une goutte de mercure ne s'étale pas sur la même plaque de verre : il ne « mouille » pas le verre.

Il est facile d'observer comment une fine pellicule d'eau prise e n sandwich entre deux plaque s de verre propres colle ces dernières l'une contre l'autre .

En effet , contrairement aux atomes de mercure , Liquide mouillant les molécules d 'eau préfèrent entrer en contact avec le verre, se coller au verre, plutôt que de rester « collées >> entre elles .

Il en résulte que si un solide X peut mouiller , à l'état fondu , un solide Y, ce dernier ne peut- à l'état fondu­ mouiller le solide X.

A titre d'exe mple , prenons un assemblage résine époxy­ polyéthylène : du polyéthylène fondu déposé sur une surface de résine époxy fournit une bonne adhésion.

En revanche , la polymérisation d'une résine époxy sur une surface de polyéthylène n 'aboutit à aucune d'adhésion .

THÉORIE CHIMIQUE Dans certains cas, la colle établit de véritables liaisons chimiques (covalentes) avec les deux solides à encoller, d'où le nom de cette théorie.

LE MODÈLE ÉLECTROSTATIQUE A la fin des années 1940, les Russes Derya gin et Krotova développent le modèle dit électrostatique qui explique bien les collages verre -polymère (verre-caoutchouc par exemple).

Selon ces chercheurs, la colle fait apparaître à l'interface des deux surfaces encollées une double couche électrique de signes opposés(+ et-) .

L'attr action électrostatique entre les + s ur l 'une des surface s e t les -sur l'autre expliquerait leur adhésion.

Signalons que cette théo rie est assez controversée .

LE MODÈLE DE L'INTERDIFFUSION Le modèle d e l'i nterdiffusion proposée par le Russe Voyustkii dans les années 1950 intéresse essentiellement les assemblages polymère-polymère de natures chimiques différentes ou identiques .

Selon ce modèle , les Modèle du mouillage Mouillage partiel chaînes macromoléculaires des deux matériaux en contact diffusent à travers l'interface et réalisent la cohésion de l'ensemble.

LE MODÈLE DU FACTEUR DISSIPATIF Le modèle du facteur dissipat if concerne davantage l'adhérence que l'adhésion, car il fait interven ir la notion de rupture de l'assembla ge collé.

E n effet , lors de la séparation de deux surfaces collées , une part ie de l'énergie dépensée pour réaliser cette séparation est employée pour déformer , étirer ...

la colle elle-même.

Cette énergie est d'autant plus importante que la colle est visqueuse.

Ainsi, une colle très visqueuse avec une faible adhésion présente la même adhérence qu'une colle très adhésive mais peu visqueuse.

Ce modèle permet de comprendre pourquoi pour rompre un assemb lage collé, il faut dépen ser une énergie énorme : au moins 10 000 fois supérieure à l'éner gie correspondant aux forces attractives entre les molécules.

Un autre mécan isme qui amplifie cet effet a été récemme n t mis en évidence par le Fran çais Ludw ick Leibl er.

Il s'agit d'un « effet ventouse » créé par de minuscule s bulles d 'air qui appar aissent au sein de l'adhésif lors de la séparation (comme avec du chew ing-gum).

Comme nt réalise -t-on un collage ? Tout d'abord, la colle doit être appliquée sous forme d 'un liquide de très faible viscosi té qui doit mouiller le substrat.

Le mouillage peut être amélioré en augmentant la rugosité de la surface , facilitant ainsi l'ancrage mécanique .

1-------------"---------------------------l Ensuite, il faut provoquer la Modèle de l'ancrage mécanique solide 1 colle solide 2 L'assemblage collé est résistant solide 1 colle solide 2 air emprisonné Les bulles d'a ir fragilisent l'assemblage collé solidification de la colle afin qu'elle devienne la plus visqueuse possible .

Il y a trois moyens pour réaliser cette transfo rmation .

Ces trois moyens corres pondent à trois catégor ies de colles: • dissolution du principe collant et évapo ration du solvant pour les colles à solvant; • fusion d 'une colle solide puis solidif ication par refroid issement pour les colles thermofusible s ; • mélange de deux liquides conduisant à la forma tion d'un matériau solide pour les colle s à réact ion (polymé risation ou polyco ndensation).

QUELQUES GRANDES FAMILLES DE COLLES Compte tenu de la très grande variété de colles, nous nous limiteron s ici à quelques catégories courantes : les polyuréthanes, les époxydes , les acryliq ues (cyanoacry lates et anaérobies), les thermofu sibles.

Liquide non mouillant LES POLYURÉTHANES Les colles polyu réthanes résultent de la polymérisatio n de deux monomères et se présentent de ce fait sous forme de bi-composants , bien que les fabricants tendent à favoriser le déve loppement de colles polyuréthanes mono­ composants (grâce à l'addition d'un activateur ) afin de faciliter leur mise en œuvre.

Un des gros avantages des polyuréthanes réside dans le fait qu'on peut les coller sur pratiquement toutes les surface s sans utiliser de primaire d'adhés ion.

On les emp loie souvent pou r le collage du verre , par exemple dans le collage des pare-brise des voitures .

Leur inconvénien t est qu'elles ont une mauvaise tenue aux UV.

LES ÉPOXYDES Les époxydes sont des colles sans solvant mono -ou bi-composants, moins souples que les polyuréthanes, mais plus rapides .

En général, le colla ge est effectu é à températu re ambiante, mais dans certains cas, on peut l'accé lérer par chauffage.

On trouve dans le commerce des colles époxydes avec des vitesses de prises très différentes , allant de rapide à lente .

Cep endant , il faut savo ir que la résistance du collage diminue lorsque la vitesse de prise augmente.

LES ACRYLIQUES Les cyanoacrylates connai ssent depuis quelque temp s beaucoup de succès en raison de certaines de leurs caractéristiques.

Ce sont des colles de type acrylique.

Leur tenue à la température est faible, en revanche elles réali sent des collages extrêmement forts avec certai n s matériaux.

Les cyanoacrylates durcisse nt par une polym érisation favo risée par la présence d'humidité.

C'est la raison pour laquelle elles collent très vite à la peau.

Les colles acryliques comprennent également une catégorie de colles dites anaérobies où la polymérisa tion ne peut avoir lieu qu'en abse nce d'oxygène .

Ici, la polymérisation est favori sée par les surfaces métalliques et les UV.

LES THERMOFUSIBLES Les thermofusibles sont des colles à polymères .

Les polymères de base sont des copolym ères d 'éthylène, des polyesters, des polyamides , des polyuréthanes ...

L e ur mise en œuvre n'est pas simp le , car elle nécessite l'usage d'un pisto let coûteux et qui exige un entretien.. »