Les adhésifs
Les adhésifs sont utilisés depuis environ six millénaires, mais ce n’est qu’à partir de la première décennie du XXe siècle qu’un développement significatif a eu lieu, avec l’introduction de matériaux synthétiques pour augmenter les matériaux naturels antérieurs.
Début de synthèse des adhésifs
Le moteur du développement a été les besoins d’industries particulières plutôt que les progrès technologiques eux-mêmes. L’introduction des résines synthétiques a commencé vers 1909, mais bien que la croissance de la fabrication de contreplaqué ait été accélérée par la Première Guerre mondiale, peu d’innovation a été impliquée.
Des progrès significatifs ont commencé avec la Seconde Guerre mondiale et le développement d’adhésifs époxy et d’urée/formaldéhyde pour la construction d’avions en bois, suivis par les adhésifs formels phénol/formaldéhyde/polyvinyle pour le collage de l’aluminium, qui ne peuvent généralement pas être soudés.
Plus tard, le collage associé au rivetage a été appliqué à la construction automobile, d’abord aux modèles haute performance, mais de plus en plus aux véhicules produits en série. La fixation des matériaux composites est, à quelques exceptions près, réalisée à l’aide d’adhésifs.
Pour que les forces d’adhérence soient efficaces, un contact intime doit être établi entre deux composants, l’un d’eux étant un liquide qui va mouiller et couler sur l’autre avant de se solidifier afin que le lien puisse résister et transmettre toute force appliquée. Ce changement de phase de l’état liquide à l’état solide est réalisé de différentes manières.
Adhésifs à base de solutions
Les premiers adhésifs étaient tous des produits naturels tels que des solutions d’amidon et de protéines animales dans l’eau. Ceux-ci sont toujours utilisés pour des applications où seule une faible résistance est requise (par exemple, le travail du bois ou la fixation de papier et de matériaux similaires).
Dans ces cas, le coût doit être faible car les utilisations sont à fort volume. Jusqu’en 1930 environ, c’étaient les principaux adhésifs utilisés dans toutes les menuiseries et tous les meubles. Les adhésifs à base d’acétate de polyvinyle sont aujourd’hui probablement la gamme la plus importante d’adhésifs à base d’eau. Le polymère de base est dispersé dans l’eau pour donner une émulsion qui doit être stabilisée, généralement avec environ 5 % d’alcool polyvinylique.
Les solutions à base de solvants organiques ont été introduites pour la première fois en 1928, et elles sont aujourd’hui peut-être les adhésifs les plus largement utilisés, tant pour la fabrication que pour le bricolage. Basés sur des solutions de polychloroprène comme polymère de base dissous dans des solvants organiques, ils fournissent une liaison « rapide » assez forte.
Des qualités particulières sont largement utilisées dans l’industrie de la chaussure. En raison des propriétés toxiques et défavorables à l’environnement des solvants, des efforts considérables sont consacrés à leur remplacement par des produits à base d’eau, mais ceux-ci n’ont pas encore été entièrement satisfaisants.
Types des Adhésifs
Adhésifs thermofusibles
L’un des plus anciens types d’adhésifs est la cire à cacheter. Depuis 1960 environ, ces adhésifs thermofusibles ont été introduits initialement pour une utilisation industrielle à grande échelle et plus récemment pour des utilisations à petite échelle et à faire soi-même. Le polyéthylène est largement utilisé comme base pour les adhésifs thermofusibles car il est largement disponible dans une gamme de grades et à faible coût.
L’éthylène-acétate de vinyle est également une base utile, et les deux sont couramment utilisés en combinaison pour donner des adhésifs efficaces avec des températures d’application comprises entre 160 et 190 °C.
Cela signifie que les adhésifs ont une limite supérieure d’utilisation de peut-être 140 °C et que les matériaux assemblés doivent être capables de résister à une température plus élevée. Ces adhésifs sont assez largement utilisés dans la fabrication à grande échelle. Cependant, il existe un nombre considérable d’applications où la température impliquée pour les adhésifs thermofusibles normaux est excessive.
Par conséquent, dans les années 1990, un groupe de formulations spéciales a évolué qui ont une température d’application comprise entre 90 et 120 ° C sans aucune perte de force d’adhérence. Les développements les plus récents sont des adhésifs qui sont appliqués sous forme de thermofusibles et qui sont ensuite « durcis » par divers moyens.
Ils présentent tous les avantages d’une facilité d’application et d’une résistance utile rapide, complétée par une température de service beaucoup plus élevée. Le durcissement peut être réalisé soit par chauffage à une température plus élevée que celle de l’application, soit par irradiation avec un faisceau d’électrons.
Adhésifs réactifs
Les adhésifs réactifs comprennent les époxydes, les uréthanes, les composés phénoliques, les silicones et les acrylates.
Époxydes. Introduits au début des années 1940, ils dépendent de cycles époxy ou oxirane à trois chaînons à l’extrémité de chaînes carbonées avec des groupes hydroxyles pendants, qui réagissent tous avec divers seconds composants pour produire des polymères thermodurcissables. Les deuxièmes composants sont principalement des amines ou des anhydrides acides.
En général, les époxydes donnent des liaisons d’une résistance et d’une durabilité considérables, mais jusqu’à récemment, ils avaient tendance à être trop fragiles pour de nombreuses utilisations. Les développements qui ont commencé dans les années 1970 ont amélioré la résistance de ces adhésifs et d’autres adhésifs structurels.
Uréthanes. Celles-ci impliquent la réaction d’un isocyanate avec un composé organique contenant un groupe hydroxyle. Comme pour les époxydes, la variation des propriétés du polymère final peut facilement être contrôlée avec deux ingrédients pour donner un produit qui peut être un élastomère, une mousse ou un produit rigide et semblable à des poils. Les uréthanes sont de plus en plus utilisés dans une grande variété de situations.
Composés phénoliques. Le groupe des adhésifs phénoliques comprend deux adhésifs qui sont quelque peu différents dans leurs utilisations. Les premières, les formulations d’urée et de formaldéhyde, ont été développées dans les années 1920 et 1930 et sont principalement importantes dans la fabrication de contreplaqué et de produits similaires.
Le deuxième groupe est constitué de formulations formelles de phénol/polyvinyle principalement utilisées dans la construction aéronautique pour le collage de l’aluminium et développées pendant la Seconde Guerre mondiale. Les composés phénoliques impliquent tous un durcissement sous une pression considérable à une température élevée, généralement 1500 ° Cependant 30 minutes à une pression de 10 atmosphères pour un adhésif d’avion. Les liaisons sont d’une résistance et d’une durabilité considérables, adaptées aux structures primaires des avions.
Silicones
Les silicones, généralement des caoutchoucs de silicone (ou siloxane), sont largement utilisés comme mastics qui combinent l’adhérence avec leurs caractéristiques de remplissage des lacunes. Couramment utilisés pour l’étanchéité autour des baignoires et des accessoires similaires, ils durcissent en réagissant avec l’humidité de l’environnement.
Industriellement, en particulier dans la construction automobile, il existe de nombreuses situations où il est nécessaire de fournir une liaison de résistance modérée et de combler un espace entre les pièces, qui peut s’élever à plusieurs millimètres.
Acrylates
Les acrylates comprennent quatre types d’adhésifs.
- Les adhésifs anaérobies (vers 1950) sont des formulations dans lesquelles la polymérisation est empêchée par la présence d’oxygène. Si l’oxygène est éliminé et que des ions ferreux sont présents, le liquide polymérise très rapidement en un solide dur et plutôt cassant. L’utilisation principale est le frein-filet dans les machines et la sécurisation des joints coaxiaux.
- Les cyanoacrylates, ou « super colles », ont été mis au point en 1957. Ce sont des liquides incolores et très mobiles dérivés de l’acide cyanoacrylique. Ils polymérisent facilement, en particulier en conjonction avec la pellicule d’humidité imperceptible qui est invariablement présente sur les surfaces. Les liaisons sont très sensibles aux attaques de l’eau et ne sont stables qu’en dessous d’environ 80 ° C. Néanmoins, ils sont largement utilisés dans l’assemblage de produits dans l’industrie électronique où ils sont susceptibles d’être exposés à des conditions bénignes.
- Les acryliques réactifs (parfois appelés acrylates de « deuxième génération », développés en 1975) dépendent d’une réaction de polymérisation qui suit un chemin radicalaire. Cela signifie que le rapport entre les deux composants est relativement peu important, de sorte qu’un contrôle minutieux des quantités n’est pas nécessaire.Parallèlement au développement de ce système, une technique a été mise au point pour augmenter la ténacité de l’adhésif durci en incorporant de minuscules particules de caoutchouc. L’adhésif est composé de deux parties : un gel visqueux et un liquide mobile. Ces deux sont répartis un de chaque côté de l’articulation. Lorsque les deux sont réunis, ils réagissent rapidement pour donner un lien solide, qui peut être manipulé en 2 à 3 minutes, avec une force de travail complète en 1 heure et une résistance ultime en 24 heures.
Ces adhésifs donnent non seulement une liaison solide de haute ténacité très rapidement, mais ils sont également capables de faire face aux surfaces huileuses. Ils fournissent un produit extrêmement satisfaisant qui répond à un certain nombre d’exigences en matière d’assemblage avancé, en particulier dans l’industrie automobile.
- Les acryliques réactifs (parfois appelés acrylates de « deuxième génération », développés en 1975) dépendent d’une réaction de polymérisation qui suit un chemin radicalaire. Cela signifie que le rapport entre les deux composants est relativement peu important, de sorte qu’un contrôle minutieux des quantités n’est pas nécessaire.Parallèlement au développement de ce système, une technique a été mise au point pour augmenter la ténacité de l’adhésif durci en incorporant de minuscules particules de caoutchouc. L’adhésif est composé de deux parties : un gel visqueux et un liquide mobile. Ces deux sont répartis un de chaque côté de l’articulation.
Lorsque les deux sont réunis, ils réagissent rapidement pour donner un lien solide, qui peut être manipulé en 2 à 3 minutes, avec une force de travail complète en 1 heure et une résistance ultime en 24 heures. Ces adhésifs donnent non seulement une liaison solide de haute ténacité très rapidement, mais ils sont également capables de faire face aux surfaces huileuses. Ils fournissent un produit extrêmement satisfaisant qui répond à un certain nombre d’exigences en matière d’assemblage avancé, en particulier dans l’industrie automobile.
Adhésifs haute température
Tous les adhésifs considérés jusqu’à présent ne peuvent fournir des liaisons utiles que jusqu’à des températures très limitées, généralement 100 ° C ou peut-être 150 ° C. Il existe des demandes, principalement militaires, pour des obligations pouvant résister jusqu’à 300 ° C. Pour répondre à ces besoins, des polymères à base d’adhésifs ont été développés, basés sur des systèmes d’anneaux de carbone et d’azote avec une durée de vie limitée à ces températures élevées.
Adhésifs sensibles à la pression
Les adhésifs sensibles à la pression (par exemple, le ruban adhésif, vendu pour la première fois en 1940) sont totalement différents des autres. Ces adhésifs dépendent d’un liquide à viscosité extrêmement élevée qui conserve cet état tout au long de sa vie et ne se réticule jamais et ne durcit jamais. La force de la liaison dépend de la pression qui lui est appliquée lors de la création de la liaison. La durée de vie utile des adhésifs sensibles à la pression est généralement limitée à un ou deux ans.
