Adhésif

L’adhésif peut être utilisé de manière interchangeable avec de la colle, du ciment, du mucilage ou de la pâte, et toute substance appliquée sur une surface, ou les deux surfaces, de deux éléments séparés qui les lient ensemble et résistent à leur séparation. Les adjectifs peuvent être utilisés en conjonction avec le mot «adhésif» pour décrire les propriétés basées sur la forme physique ou chimique de la substance, le type de matériaux joints ou les conditions dans lesquelles elle est appliquée.

L’utilisation d’adhésifs offre de nombreux avantages par rapport aux techniques de reliure telles que la couture, la fixation mécanique, la thermosoudure, etc. Elles permettent notamment de lier différents matériaux, de répartir plus efficacement les contraintes sur l’articulation, la rentabilité d’un procédé facilement mécanisé, une amélioration de la conception esthétique et une flexibilité de conception accrue. Les inconvénients de l’utilisation de l’adhésif comprennent une stabilité réduite à des températures élevées, une faiblesse relative dans la liaison de grands objets avec une petite surface de liaison, et une plus grande difficulté à séparer les objets pendant les tests. Les adhésifs sont généralement organisés par la méthode d’adhésion. Ceux-ci sont ensuite organisés en adhésifs réactifs et non réactifs, qui se réfèrent à savoir si l’adhésif réagit chimiquement pour durcir. Alternativement, ils peuvent être organisés selon que le stock brut est d’origine naturelle ou synthétique, ou par leur phase physique de départ.

Les adhésifs peuvent être trouvés naturellement ou produits synthétiquement. La première utilisation de substances adhésives par l’homme remonte à environ 200 000 ans, lorsque les Néandertaliens produisaient du goudron à partir de la distillation sèche de l’écorce de bouleau pour relier les outils en pierre aux poignées en bois. Les Grecs et les Romains ont grandement contribué au développement des adhésifs. En Europe, la colle n’était pas largement utilisée jusqu’à la période AD 1500-1700. À partir de là, jusqu’aux années 1900, les augmentations de l’utilisation de l’adhésif et de la découverte ont été relativement graduelles. Ce n’est que depuis le siècle dernier que le développement des adhésifs synthétiques s’est accéléré rapidement, et l’innovation dans le domaine se poursuit jusqu’à aujourd’hui.

Caractéristiques:
Bon contact
La plupart des matériaux ne collent pas ensemble car pour que deux objets adhèrent, il faut d’une part que les atomes des matériaux composant les objets exercent une force d’attraction sur ceux de l’autre. Et d’un autre côté, de nombreux atomes doivent être proches pour que cette force soit importante.

Les objets faits de matériaux rigides ont généralement une surface rugueuse. Si deux objets sont mis en contact, seul le sommet des aspérités se touchent et, par conséquent, ils ne collent pas (voir Rugosité et adhérence). D’autre part, l’adhésif «contourne» la rugosité de manière à venir en contact avec la plus grande partie de la surface de chacun des objets, même lorsqu’il est rugueux.

En l’absence d’un tel mécanisme de contournement de la rugosité, la surface effectivement en contact est trop faible et l’adhérence est très faible. C’est la raison pour laquelle la plupart des objets n’adhèrent pas les uns aux autres.

Une forte dissipation
Un adhésif résiste au pelage non seulement parce qu’il nécessite une force élevée pour commencer à décoller, mais encore plus parce qu’une grande quantité d’énergie doit être fournie pour propager le pelage.

Les types
Les adhésifs sont généralement organisés par la méthode d’adhésion. Ceux-ci sont ensuite organisés en adhésifs réactifs et non réactifs, qui se réfèrent à savoir si l’adhésif réagit chimiquement pour durcir. Alternativement, ils peuvent être organisés selon que le stock brut est d’origine naturelle ou synthétique, ou par leur phase physique de départ.

Par réactivité
Il existe deux types d’adhésifs qui durcissent par séchage: les adhésifs à base de solvant et les adhésifs à dispersion polymère, également connus sous le nom d’adhésifs en émulsion. Les adhésifs à base de solvant sont un mélange d’ingrédients (typiquement des polymères) dissous dans un solvant. La colle blanche, les colles de contact et les ciments de caoutchouc font partie de la famille des adhésifs de séchage. Lorsque le solvant s’évapore, l’adhésif durcit. Selon la composition chimique de l’adhésif, ils vont adhérer à des matériaux différents à des degrés plus ou moins élevés.

Les adhésifs à dispersion polymère sont des dispersions blanc laiteux souvent à base de polyacétate de vinyle (PVAc). Ils sont largement utilisés dans les industries du bois et de l’emballage. Ils sont également utilisés avec des tissus et des composants à base de tissu, et dans des produits d’ingénierie tels que les cônes de haut-parleurs.

Sensible à la pression
Les adhésifs sensibles à la pression (PSA) forment une liaison par l’application d’une légère pression pour marier l’adhésif avec l’adhésif. Ils sont conçus pour avoir un équilibre entre le débit et la résistance à l’écoulement. La liaison se forme parce que l’adhésif est suffisamment mou pour s’écouler (c’est-à-dire “mouillé”) sur l’adhésif. La liaison a la force parce que l’adhésif est assez dur pour résister à l’écoulement lorsque la contrainte est appliquée à la liaison. Une fois que l’adhésif et l’adhérence sont à proximité, des interactions moléculaires, telles que les forces de van der Waals, interviennent dans la liaison, contribuant de manière significative à sa résistance ultime.

Les PSA sont conçus pour des applications permanentes ou amovibles. Des exemples d’applications permanentes comprennent les étiquettes de sécurité pour les équipements électriques, les rubans adhésifs pour les conduits CVC, les garnitures intérieures pour l’automobile et les films amortissant les vibrations. Certains PSA permanents de haute performance présentent des valeurs d’adhérence élevées et peuvent supporter des kilogrammes de poids par centimètre carré de surface de contact, même à des températures élevées. Les PSA permanents peuvent être initialement amovibles (par exemple pour récupérer des marchandises mal étiquetées) et renforcer l’adhérence à une liaison permanente après plusieurs heures ou plusieurs jours.

Les adhésifs amovibles sont conçus pour former une liaison temporaire et, idéalement, peuvent être retirés après des mois ou des années sans laisser de résidus sur le support. Les adhésifs amovibles sont utilisés dans des applications telles que films de protection de surface, rubans de masquage, signets et notes, étiquettes de codes-barres, étiquettes de prix, matériels graphiques promotionnels et pour le contact avec la peau (pansements, électrodes ECG, bandages sportifs, analgésiques et transdermiques). patchs, etc.). Certains adhésifs amovibles sont conçus pour coller et décoller à plusieurs reprises. Ils ont une faible adhérence, et ne peuvent généralement pas supporter beaucoup de poids. L’adhésif sensible à la pression est utilisé dans les notes Post-it.

Les adhésifs sensibles à la pression sont fabriqués avec un support liquide ou sous une forme 100% solide. Les articles sont fabriqués à partir de PSA liquides en enduisant l’adhésif et en séchant le solvant ou le porteur d’eau. Ils peuvent être davantage chauffés pour initier une réaction de réticulation et augmenter le poids moléculaire. Les PSA solides à 100% peuvent être des polymères à faible viscosité qui sont revêtus puis traités avec un rayonnement pour augmenter le poids moléculaire et former l’adhésif, ou peuvent être des matériaux à haute viscosité qui sont chauffés pour réduire suffisamment la viscosité pour permettre le revêtement. forme. Les matières premières principales pour les PSA sont les polymères à base d’acrylate.

Contact
Les adhésifs de contact sont utilisés dans les liaisons fortes avec des stratifiés à haute résistance au cisaillement, tels que le collage de Formica sur un comptoir en bois, et dans les chaussures, comme pour la fixation des semelles extérieures sur les empeignes.

Le caoutchouc naturel et le polychloroprène (néoprène) sont des adhésifs de contact couramment utilisés. Ces deux élastomères subissent une cristallisation de la souche. Dans l’industrie de la construction, un adhésif propriétaire spécialisé connu sous le nom de «clous liquides» est utilisé. Cela fait également face à des tâches telles que l’étanchéité de gazon artificiel.

Les colles de contact doivent être appliquées sur les deux surfaces et laissées sécher un certain temps avant que les deux surfaces soient rapprochées. Certains adhésifs de contact nécessitent jusqu’à 24 heures pour sécher avant que les surfaces doivent être maintenues ensemble. Une fois que les surfaces sont rapprochées, la liaison se forme très rapidement. Il n’est généralement pas nécessaire d’appliquer une pression pendant longtemps, il y a donc moins besoin de pinces.

Chaud
Les adhésifs à chaud, également connus sous le nom d’adhésifs thermofusibles, sont des thermoplastiques appliqués sous forme fondue (dans la gamme 65-180 ° C) qui se solidifient lors du refroidissement pour former des liaisons fortes entre une large gamme de matériaux. Les thermofusibles à base d’éthylène et d’acétate de vinyle sont particulièrement appréciés pour l’artisanat en raison de leur facilité d’utilisation et de la large gamme de matériaux communs auxquels ils peuvent adhérer. Un pistolet à colle (illustré à droite) est une méthode d’application d’adhésifs à chaud. Le pistolet à colle fond l’adhésif solide, puis permet au liquide de passer à travers son canon sur le matériau, où il se solidifie.

La colle thermoplastique a peut-être été inventée vers 1940 par Procter & Gamble comme solution au problème que les adhésifs à base d’eau, couramment utilisés dans les emballages à l’époque, échouaient dans les climats humides, provoquant l’ouverture des emballages.

Réactif
Multi-partie
Les adhésifs à plusieurs composants durcissent en mélangeant deux ou plusieurs composants qui réagissent chimiquement. Cette réaction provoque la réticulation des polymères en acryliques, uréthanes et époxydes – Voir polymères thermodurcissables.

Il existe plusieurs combinaisons commerciales d’adhésifs multi-composants utilisés dans l’industrie. Certaines de ces combinaisons sont:

Résine de polyester – résine de polyuréthane
Les composants individuels d’un adhésif à plusieurs composants ne sont pas adhésifs par nature. Les composants individuels réagissent les uns avec les autres après avoir été mélangés et ne montrent une adhérence totale que lors du durcissement. Les résines multi-composants peuvent être à base de solvant ou sans solvant. Les solvants présents dans les adhésifs sont un milieu pour le polyester ou la résine de polyuréthane. Le solvant est séché pendant le processus de durcissement.

Adhésifs pré-mélangés et congelés
Les adhésifs pré-mélangés et congelés (PMF) sont des adhésifs qui sont mélangés, désaérés, emballés et congelés. Comme il est nécessaire que les PMF restent congelés avant utilisation, une fois congelés à -80 ° C, ils sont expédiés avec de la neige carbonique et doivent être stockés à une température égale ou inférieure à -40 ° C. Les adhésifs PMF éliminent les erreurs de mélange par l’utilisateur final et réduisent l’exposition des agents de durcissement qui peuvent contenir des irritants ou des toxines. Les PMF ont été introduits commercialement dans les années 1960 et sont couramment utilisés dans l’aérospatiale et la défense.

Une partie
Les adhésifs en une partie durcissent par une réaction chimique avec une source d’énergie externe, telle que le rayonnement, la chaleur et l’humidité.

Les adhésifs durcissant à la lumière ultraviolette (UV), également connus sous le nom de matériaux photopolymérisables (LCM), sont devenus populaires dans le secteur manufacturier en raison de leur temps de durcissement rapide et de leur forte force d’adhérence. Les adhésifs photopolymérisables peuvent durcir en aussi peu qu’une seconde et de nombreuses formulations peuvent lier des substrats dissemblables (matériaux) et résister à des températures sévères. Ces qualités rendent les adhésifs durcissant aux UV essentiels à la fabrication d’articles dans de nombreux marchés industriels tels que l’électronique, les télécommunications, le médical, l’aérospatial, le verre et l’optique. Contrairement aux adhésifs traditionnels, les adhésifs photopolymérisables UV non seulement lient les matériaux ensemble, mais ils peuvent également être utilisés pour sceller et recouvrir les produits. Ils sont généralement à base d’acrylique.

Les adhésifs thermodurcissables consistent en un mélange préfabriqué de deux ou plusieurs composants. Lorsque la chaleur est appliquée, les composants réagissent et se réticulent. Ce type d’adhésif comprend des époxydes thermodurcissables, des uréthanes et des polyimides.

Les adhésifs durcissant à l’humidité durcissent lorsqu’ils réagissent avec l’humidité présente sur la surface du substrat ou dans l’air. Ce type d’adhésif comprend des cyanoacrylates et des uréthanes.
Par origine
Naturel
Les adhésifs naturels sont fabriqués à partir de sources organiques telles que l’amidon végétal (dextrine), des résines naturelles ou des animaux (par exemple la caséine de protéines de lait et les colles d’animaux à base de peau). Ceux-ci sont souvent appelés bioadhésifs.

Un exemple est une pâte simple faite par la farine de cuisson dans l’eau. Les adhésifs à base d’amidon sont utilisés dans la production de carton ondulé et de sacs en papier, l’enroulement de tubes de papier et les adhésifs pour papiers peints. La colle de caséine est principalement utilisée pour coller les étiquettes de bouteilles en verre. Les colles animales ont traditionnellement été utilisées dans la reliure, l’assemblage de bois et bien d’autres domaines, mais elles sont maintenant largement remplacées par des colles synthétiques, sauf dans des applications spécialisées comme la production et la réparation d’instruments à cordes. L’albumine fabriquée à partir du composant protéique du sang a été utilisée dans l’industrie du contreplaqué. La masonite, un panneau de bois dur, a été collée à l’origine en utilisant de la lignine de bois naturel, un polymère organique, bien que la plupart des panneaux de particules modernes tels que le MDF utilisent des résines synthétiques thermodurcissables.

Synthétique
Les adhésifs synthétiques sont à base d’élastomères, de thermoplastiques, d’émulsions et de thermodurcissables. Des exemples d’adhésifs thermodurcissables sont: les polymères époxy, polyuréthane, cyanoacrylate et acrylique. Le premier adhésif synthétique produit dans le commerce était Karlsons Klister dans les années 1920.

Application
Les applicateurs de différents adhésifs sont conçus en fonction de l’adhésif utilisé et de la taille de la zone sur laquelle l’adhésif sera appliqué. L’adhésif est appliqué à l’un ou aux deux matériaux collés. Les pièces sont alignées et une pression est ajoutée pour aider à l’adhérence et débarrasser la liaison des bulles d’air.

Les manières courantes d’appliquer un adhésif comprennent des brosses, des rouleaux, en utilisant des films ou des pastilles, des pistolets de pulvérisation et des pistolets applicateurs (par exemple, pistolet à calfeutrer). Tous ces éléments peuvent être utilisés manuellement ou automatisés dans le cadre d’une machine.

Pour qu’un adhésif soit efficace, il doit avoir trois propriétés principales. Il doit être capable de mouiller le substrat. Il doit durcir [note: tous les adhésifs ne durcissent pas] et enfin il doit être capable de transmettre la charge entre les deux surfaces / substrats à coller.

L’adhérence, la fixation entre l’adhésif et le substrat peut se produire soit par des moyens mécaniques, dans lesquels l’adhésif pénètre dans de petits pores du substrat, soit par l’un de plusieurs mécanismes chimiques. La force de l’adhérence dépend de nombreux facteurs, y compris les moyens par lesquels il se produit.

Dans certains cas, une liaison chimique réelle se produit entre l’adhésif et le substrat. Dans d’autres, les forces électrostatiques, comme dans l’électricité statique, maintiennent les substances ensemble. Un troisième mécanisme implique les forces de van der Waals qui se développent entre les molécules. Un quatrième moyen implique la diffusion de la colle assistée par l’humidité dans le substrat, suivie d’un durcissement.

La qualité du collage dépend fortement de la capacité de l’adhésif à couvrir efficacement (humide) la surface du substrat. Cela se produit lorsque l’énergie de surface du substrat est supérieure à l’énergie de surface de l’adhésif. Cependant, les adhésifs à haute résistance ont une énergie de surface élevée. Ainsi, leur application est problématique pour les matériaux à faible énergie tels que les polymères. Pour résoudre ce problème, un traitement de surface peut être utilisé pour augmenter l’énergie de surface en tant qu’étape de préparation avant collage. Fait important, la préparation de surface fournit une surface reproductible permettant des résultats de liaison cohérente. Les techniques d’activation de surface couramment utilisées comprennent l’activation du plasma, le traitement à la flamme et l’amorçage chimique par voie humide.