Créé le : 03/08/2009
La Journée Technique "collage structural : derniers développements et perspectives" s'est déroulée le 7 novembre 2002 au CETIM de Saint-Etienne. Elle a rassemblé plus de 60 participants industriels. Les deux tiers de cette journée ont été consacrés aux conférences techniques résumées dans ce qui suit et un tiers a été consacré aux visites et discussions sur les différents stands :
o Vantico Sa,
o 3M-France,
o Eleco-Produits,
o Henkel-Loctite France,
o Plasma Treat.
Les deux points clés qui sont ressortis de cette journée sont :
o les préoccupations liées à l'amélioration des conditions d'hygiène et sécurité et au respect de l'environnement. Cette volonté se traduit par la formulation de produits plus écologiques et par la suppression des préparations de surface (ou par leur limitation à des traitements en voie sèche),
o la méfiance persistante des bureaux d'études vis à vis de cette technologie de cette technologie d'assemblage dans des secteurs industriels qui sont plus enclins à utiliser les technologies d'assemblages traditionnelles (soudage, vissage-boulonnage, rivetage
) ; des actions de sensibilisation et de formation sont nécessaires.
1 Les freins à lever pour le développement du collage
Jean-Pierre Jeandrau du CETIM a présenté les premiers résultats d'une étude réalisée à l'initiative du Ministère de l'Industrie et dont les résultats définitifs seront publiés dans le courant du premier trimestre 2003.
Cette étude prospective a pour objectif d'analyser les principaux freins à la progression du collage au sein des plusieurs secteurs industriels : automobile et transports terrestres, aéronautique, transports maritimes, machines et équipements, électronique et électrique et enfin, plasturgie afin de proposer des actions qui permettraient de lever ces différents verrous.
Seule la première partie de l'étude (analyse des freins) a été présentée ici. Elle fait suite à une enquête conduite auprès des industriels utilisateurs, d'experts du domaine et des fournisseurs d'adhésifs selon lesquels, une meilleure pénétration des colles au niveau industriels serait favorisée par :
o l'amélioration des conditions hygiène et sécurité et le respect de l'environnement :
on relèvera notamment la parution prochaine du livre blanc de la CE Stratégie pour la future politique dans le domaine des substances chimiques qui débouchera sur l'obligation d'évaluer les risques des substances chimiques pour tous les fabricants et qui pourrait conduire à l'abandon de plusieurs produits,
o la limitation et la simplification des préparations de surface :
de nombreuses études sont conduites, notamment au niveau du laser et du plasma atmosphérique, mais les performances (durabilité) restent inférieures à celles obtenues par la voie chimique,
o un changement de culture :
En France, les bureaux d'études donnent leur préférence aux méthodes traditionnelles (rivetage, soudage
). Des actions de sensibilisation, formation
sont menées mais des programmes européens de qualification et certification de personnels en collage tels qu'il en existe en Allemagne ou en Belgique sont absents de l'Hexagone,
o une meilleure durabilité des assemblages collés :
on maîtrise aujourd'hui les méthodes d'essais en vieillissement accéléré mais on manque encore de connaissances pour faire le lien avec le vieillissement en milieu naturel mais de nombreux travaux universitaires sont en cours,
o la détection des anomalies :
il existe, à ce jour, aucune méthode non destructrice permettant de s'assurer de l'état de l'adhérence dans un assemblage collé,
o une meilleure industrialisation du collage :
on relève une incompatibilité entre les temps de prise des colles et le temps de manipulation des pièces pour des applications industrielles en grande série. Cependant, l'apparition de nouvelles familles (PUR thermofusibles, colles UV, formulations spéciales ) combinée à une meilleure maîtrise des méthodes d'activation devrait permettre de minimiser ce problème.
D'autres freins ont été signalés tels que le nettoyage des pièces et des machines, le manque d'approche structurée quant à la définition des colles et procédés, les problèmes de désassemblage et de recyclage et enfin la normalisation, certaines normes allant jusqu'à imposer une alternative au collage pour des applications telles que la pose des miroirs dans les salles de bain.
2 Les préparation de surface des matières plastiques et composites
Gilbert Legeay du CTTM s'est attaché à présenter les différentes préparations permettant d'augmenter l'adhésivité de surface des matériaux organiques et des métaux notamment en vue d'un collage, du dépôt d'une couche métallique ou d'un revêtement par peinture.
Il a souligné, qu'aujourd'hui, dans les préparations de surface, les primaires d'adhérence présentaient beaucoup de potentiel. Leur structure chimique, intermédiaire entre celle du substrat et celle du dépôt (adhésif, peinture), permet de créer une liaison forte à leur interface. Les primaires sont généralement des composés organométalliques qui présentent, sur la même molécule, des groupes chimiques organiques et des atomes métalliques.
Les principales évolutions dans ce domaine devraient se situer du côté des traitements par décharge électromagnétique : décharges couronnes (encore appelées décharges CORONA) et plasmas froids. Les décharges couronnes sont des procédés rapides mais qui s'appliquent à des pièces planes et dont l'efficacité reste variable. Les plasmas froids, peuvent, pour leur part, être appliqués à des pièces de toute géométrie et présentent une grande efficacité.
Stephan Gruber de la société PLASMA TREAT SAS est venu compléter l'intervention en présentant le procédé Openair, un plasma froid fonctionnant à pression atmosphérique. Le jet plasma présente l'avantage d'être :
o homogène : continu dans le temps et régulier sur la surface, le traitement est froid et de forte intensité
o et sans potentiel : la torche est reliée à la terre, afin de créer un jet de plasma hors tension électrique
3 Les développements autour des polyuréthanes monocomposants
Sacha Karlin de SIKA INDUSTRY a fait le point sur la technologie des PUR-Hybrides (Sikaflex série 500) qui sont en fort développement chez ce fournisseur et qui présentent plusieurs avantages dont notamment de ne pas comporter d'isocyanates et de ne pas nécessiter de primaires solvantés.
Du point de vue chimique, les PUR Hybrides sont beaucoup plus réactifs que les MS polymères. Ils nécessitent, de ce fait, moins d'ajout de catalyseur et présentent un meilleure stabilité. Ils présentent une très bonne adhésion sur la plupart des substrats non poreux, leurs propriétés mécaniques peuvent atteindre le niveau élevé des polyuréthanes conventionnels et ils contiennent beaucoup plus de promoteurs d'adhérence que ces derniers, ce qui leur confèrent un net avantage du point de vue du coût et de l'environnement. Les PUR-Hybrides présentent une bonne tenue aux UV et une faible tendance au jaunissement. Leur coût reste plus élevé mais ils ne nécessitent pas de préparation de surface. Ils sont utilisables dans une gamme allant de 40°C à + 90°C.
Ils peuvent répondre à des cahiers des charges sévères et suppléer efficacement les autres familles : en milieu marin, par exemple, les polyuréthanes conventionnels et les MS polymères ne conviennent pas car ils sont sensibles à l'hydrolyse.
Propriétés mécanique comparées
Résistance à l'arrachementl'élongationla traction / cisaillement
Polyuréthanes monocomposants> à 12 Mpa100 800 %> à 7 Mpa
PUR-Hybrides> à 6 Mpa100 700 %> à 5 Mpa
MS polymères> à 4 Mpa100 500 %> à 2 MPa
4 La technologie UV au service du collage
Marc Fanion et Valérie Le Cabec de la société ELECO PRODUITS ont présenté les principes et applications des systèmes VITRALIT (colles à polymérisation combinée UV et/ou lumière visible, UV et température, UV et réaction anaérobie, UV et activateur. Ces systèmes présentent l'avantage :
o d'utiliser des colles monocomposantes et 100% réactives,
o de permettre une prise rapide,
o de ne pas provoquer d'élévation de température,
o de consommer peu d'énergie,
o de permettre un dosage facile,
o d'offrir la possibilité d'une longue conservation.
Plusieurs familles de colles peuvent être utilisées : acryliques, epoxies, cyanoacrylates UV, silicones UV et polyesters UV, les plus répandues restant les deux premières.
Les domaines d'application touchent l'industrie du verre, de l'automobile, de l'électronique, la PLV (publicités-enseignes), du médical, du DVD. Les fonctions recherchées, outre le collage, sont essentiellement l'étanchéité et la protection.
Il est à noter que si une forte croissance des colles UV se produit, elle sera essentiellement due :
o aux application liées à la protection et à l'étanchéité des composants dans le domaine de l'électronique,
o aux fonctions de polymérisation à la lumière visible, de polymérisation en obscurité (dark cure) et de l'action retardée (delayed action),
o aux applications dans le domaine du DVD
5 Témoignage : évolutions engendrées par la mise en place du collage
Michel Forest de la société CALOR est venu apporter un témoignage industriel sur l'expérience vécue lors du remplacement de systèmes de régulation de chauffe électromécaniques par une régulation électronique dans des générateurs de vapeur de fers à repasser. Cette modification à nécessité de coller une CTN (sonde thermique) sur de l'inox.
La solution choisie consistait à sous traiter la fixation de la thermistance sur une plaquette céramique et de coller cette dernière sur l'inox. La colle choisie, une résine époxy monocomposant chargée d'alumine durcissant à chaud permettait de transmettre fidèlement la température de l'inox.
Le problème survenu était lié à une mauvaise maîtrise du collage. Le système mis en place (chauffage simple à air chaud à une cadence de 240 pièces/heure) ne permettait pas le durcissement total de la colle mais suffisait pour supporter les tests de tenue mécanique à froid et les tests en endurance. Lors de l'utilisation de l'appareil et donc du réchauffement, la colle, non complètement durcie, se ramollissait et n'assurait plus sa fonction.
Ce problème illustre largement l'aspect culturel du collage. Dans une entreprise ou cette technique de fixation n'était pas utilisée, il a fallu se tourner en urgence vers des laboratoires spécialisés afin qu'ils réalisent des analyses calorimétriques différentielles pour déterminer le taux de durcissement de la colle. Les tests en tenue mécanique à froid ont été amplement suffisants aux mécaniciens pour qualifier une machine mais à aucun moment la polymérisation incomplète de la colle n'avait été envisagée.
6 Démontabilité des assemblages structuraux
Eric Papon du Laboratoire de chimie des polymères organiques de l'ENSCPB est venu discuter des problèmes liés au désassemblage de systèmes collés qui se posent tout particulièrement dans le cas du collage structural qui fait intervenir des joints non solubles et non fusibles (réticulation, polymères tridimensionnels), des substrats rarement transparents et des géométries souvent complexes.
Si une solution existe, elle passe nécessairement par la formulation ciblée d'une colle. Le joint adhésif est un milieu confiné qui, s'il subit une expansion sous l'effet d'une pression interne, pourrait présenter des amorces de fissures.
L'idée consiste donc à utiliser un agent d'expansion gazeuse comme additif de formulation. Une fois activé (par la chaleur, par exemple), cet agent provoquerait l'apparition de bulles et de micro-fissures.
Ce type de procédé a fait l'objet de deux brevets déposés respectivement par HENKEL et RESCOLL.
Beaucoup de recherches s'articulent autour de ce thème mais il n'existe pas, aujourd'hui, de tests de vieillissement accéléré sur des assemblages collés avec des adhésifs dans lesquels ces additifs ont été incorporés.