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D o s s i e r t e c h n o l o g i q u e d e s P a y s d e S a v o i e DOSSIER L

D o s s i e r t e c h n o l o g i q u e d e s P a y s d e S a v o i e DOSSIER L Le e c co ol ll la ag ge e : : U Un ne e t te ec ch hn ni iq qu ue e d d’ ’a as ss se em mb bl la ag ge e i in nd du us st tr ri ie el ll le e Il existe un grand nombre de techniques permettant de réaliser des assemblages : soudage, brasage, rivetage, vissage, boulonnage, etc. Le collage offre de nombreux avantages par rapport aux techniques traditionnelles et il est désormais utilisé dans pratiquement tous les secteurs de l’industrie : l’emballage, le bâtiment, le bois, l’électroménager, la chaussure, le textile, l’électronique, l’automobile, l’aéronautique… Le collage est parfaitement adapté à l’assemblage de matériaux différents, de matériaux fragiles ou encore de matériaux minces. L'assemblage par collage AVANTAGES INCONVENIENTS · Répartition plus régulière des contraintes · Résistance à la chaleur souvent limitée · Possibilité d'assembler des matériaux de nature et d'épaisseur différentes · Durabilité en milieux sévères parfois moyenne · Peu d'altération des matériaux au niveau du joint · Traitement de la surface avant collage · Elasticité des joints collés · Faible résistance au pelage · Etanchéité des joints collés et isolation électrique, électromagnétique, phonique… · Démontage difficile · Allègement des structures · Temps de prise parfois long · Amélioration de l'esthétique de l'assemblage Sommaire L’état de surface : la clé de l’adhésion La préparation des surfaces : une étape incontournable - - - - - - Les traitements mécaniques Les traitements chimiques Les traitements énergétiques Quelle colle choisir ? Les colles époxydes Les colles cyanoacrylates Les colles polyuréthanes P.II Source : ECAM P.III P.IV Pour les assemblages de matériaux différents, il faut tenir compte des différences de coefficients de dilatation afin de choisir une colle assez souple et en épaisseur suffisante pour que le joint supporte les dilatations différentielles sans dommage. La plupart des adhésifs sont résistants aux agents chimiques mais présentent une sensibilité à l’eau. L’humidité ambiante est, par conséquent, un facteur important aussi bien pendant la mise en œuvre que durant l’utilisation effective. Le choix de l’adhésif doit tenir compte de divers critères dont la nature des substrats et la géométrie de l’assemblage. Il existe aujourd’hui plus de 30000 adhésifs commercialisés. Le domaine des colles usuelles reste limité à des températures maximales d’utilisation inférieures à 300°C. La préparation de surface des matériaux joue également un rôle primordial dans la qualité de l’assemblage. Elle peut parfois être complexe pour rendre certains matériaux aptes au collage. Les caractéristiques d’un collage dépendent des interactions entre la surface du substrat et l’adhésif. On comprend donc que les forces d’adhérence puissent être réduites par la présence d’agents contaminants adhérents à la surface, qui empêchent le contact entre l’adhésif et le substrat. Le processus de collage est directement influencé par la rugosité, les propriétés chimiques et l’énergie de surface. Une bonne adhésion suppose tout d’abord une bonne mouillabilité des surfaces à assembler. Autrement dit il faut que l’adhésif puisse s’étaler correctement et s’écouler dans toutes les irrégularités et les creux du substrat. q q Mauvais mouillage : l’étalement est caractérisé par un grand angle de contact entre la goutte et la surface Bon mouillage : l’étalement est caractérisé par un petit angle de contact entre la goutte et la surface 1. L’état de surface : la clé de l’adhésion Source : Département «Adhesion and Antisticking Coatings» de l’institut Fraunhofer D’autres paramètres de surface jouent un rôle dans l’adhésion. Les facteurs qui augmentent la surface réelle de contact, comme la rugosité et la porosité favorisent l’adhésion par un processus d’ancrage mécanique. De même, la présence de groupes chimiques réactionnels en surface peut permettre la création de liaisons chimiques fortes entre le substrat et l’adhésif. La préparation des surfaces est une phase essentielle dans l’assemblage par collage. Elle a pour premier objectif d’éliminer les contaminants et les couches superficielles de faible cohésion (agents de démoulage des matières plastiques, composés de faible masse moléculaire ayant migré à la surface des polymères, oxydes fragiles, résidus de corrosion…). Des traitements plus poussés peuvent permettre de modifier la chimie de surface afin d’augmenter la tension superficielle ou de favoriser la création de liaisons chimiques avec l’adhésif. L’adhésif doit être appliqué peu de temps après le nettoyage afin d’éviter la recontamination de la surface. Différentes méthodes de traitement peuvent être utilisées : Les traitements mécaniques : Leur principal objectif est de supprimer les couches de faible cohésion et d’augmenter la rugosité de surface. Diverses méthodes sont couramment mises en oeuvre : le ponçage avec des toiles abrasives, le sablage, le grenaillage. A l’issue du traitement, un nettoyage des objets est toujours nécessaire pour éliminer les restes de grenaille ou d’abrasif. Les traitements chimiques : Ce sont les traitements les plus utilisés à l’heure actuelle pour la préparation de surface. Par contre, ils sont soumis aux critiques notamment sur le plan environnemental. Des solutions sont cependant développées pour répondre aux nouvelles exigences réglementaires. Les traitements chimiques ont trois fonctions principales : le dégraissage, le décapage et la conversion. Les chaînes de production permettent de cumuler aisément les différents traitements de surface : le passage de cuve à cuve ou l’utilisation de tunnels entraîne moins de manipulation et diminue les risques de contaminations inter-opératoires. Le cumul de fonctionnalités peut se faire avec plusieurs bains en série ou avec un seul bain polyfonctionnel. Le dégraissage : Le dégraissage est à la base de tous les traitements de surface. Son objectif est d’éliminer les matières grasses et également les poussières et autres agents formant une couche intermédiaire de faible cohésion. Il existe deux grands types de dégraissage chimique : le dégraissage solvant et le dégraissage alcalin. Traitement chimique en bain – Source : DEC SA 2. La préparation des surfaces : une étape incontournable Le principe du dégraissage solvant réside dans la capacité du solvant à solubiliser les corps gras sans altération du corps dissout ou du solvant lui-même. Quatre grandes catégories de solvants peuvent être utilisées : les solvants oxygénés (peu utilisés mais présentent des avantages environnementaux), les solvants hydrocarbonés (très inflammables), les solvants chlorés (efficace, ininflammable mais avec un impact sur l’environnement), et les solvants fluorés (gamme et propriétés larges). En règle générale, le choix du solvant doit tenir compte des critères suivants : le pouvoir solvant, le point d’ébullition, la concentration seuil pour la sécurité et l’inertie vis à vis des matériaux à nettoyer. Le dégraissage alcalin en phase aqueuse est basé sur deux actions principales : la saponification des matières grasses saponifiables et la mise en émulsion des corps gras et particules solides restantes. Les pièces à dégraisser sont immergées dans un bain contenant la « lessive » adéquate, constituée de 60 à 90 % de matière minérale et de 10 à 40 % de matière organique. Dans la plupart des cas, le dégraissage alcalin est constitué de plusieurs bains : deux dégraissages alcalins et au moins deux rinçages. Les temps de trempage sont assez longs (5 à 30 minutes). Le rinçage qui suit un dégraissage alcalin est une opération primordiale car il permet d’éliminer les tensioactifs qui nuisent à l’adhésion. Le décapage : L’objectif du décapage est d’éliminer les composés indésirables intimement liés à la surface : oxydes, peintures, vernis, revêtements métalliques… Les décapages mécaniques sont souvent préférés à la solution chimique pour des pièces à géométrie simple car ils sont plus rapides et plus sélectifs. Par contre pour des pièces à géométrie complexe la solution chimique reste la référence. Les polluants les plus communs sur les métaux sont les oxydes et les hydroxydes. Le principe du décapage chimique réside dans la dissolution et l’éclatement de ces oxydes. Les produits de base sont constitués principalement d’acides ou de bases enrichis de composés destinés à optimiser leur action. Le décapage peut se faire par aspersion ou par immersion (procédé le plus couramment utilisé). Le rinçage est une étape très importante car il garantit l’absence de composés de faible cohésion qui sont à l’origine de décollements ou de piqûres. Il est réalisé en cascade pour augmenter son efficacité et réduire la consommation d’eau. Le décapage chimique est peu utilisé pour les matières plastiques. Pour ces dernières, on a principalement recourt aux voies physiques (sablage, ponçage,…). Les conversions : L’opération de conversion est l’étape ultime de la préparation de surface avant collage. Toutes les surfaces ne nécessitent pas cette opération et parfois un simple dégraissage peut suffire. La conversion consiste à créer une nouvelle surface sur un substrat soit en modifiant localement la surface existante, soit en déposant une couche se superposant à la surface d’origine. Les conversions chimiques concernent principalement les métaux. Les plus utilisées sont : la phosphatation, la chromatation, l’oxydation anodique, la métallisation et le dépôt de primaires. Le traitement de conversion a pour fonction première de protéger le métal de la corrosion et d’augmenter uploads/Industriel/ collage.pdf