Emergence du collage structurel

état des lieux et nouveaux développements

L’encollage professionnel se voit attribuer un rôle de plus en plus important. Les adhésifs de haute qualité semblent surtout bénéficier d’un champ d’application de plus en plus large. Ceci est le point de départ d’une croissance continue de la gamme de produits de collage et d’étanchéité. Les précurseurs du secteur visent désormais à valoriser la méthode de travail totale des manipulations spécialisées (normes ISO et DIN).

 

INGRÉDIENTS POUR DES ASSEMBLAGES FIABLES ET REALISABLES

La technique de collage moderne gagne du terrain par rapport à d’autres techniques d’assemblage mécaniques telles que le soudage. Ceci est en partie une conséquence des nouveaux matériaux techniques et hybrides, qui, sur base du poids et de la solidité, sont engagés comme substrat à paroi mince, ainsi que pour des produits plus grands et plus robustes dans certains secteurs tels que le secteur de la construction, l’industrie automobile, la construction aéronautique et la fabrication d’éoliennes, et les appareils médicaux.

On trouve un encollage adéquat entre les types de colles structurelles les plus utilisés pour chaque application imaginable. Souvent celles ont un durcissement chimique, comme les époxys, les (cyano-)acrylates, les silicones, les mono- et polyuréthanes, les polyamides et les variantes de colle fusible. Cependant il existe certaines conditions strictes pour réaliser des assemblages adhésifs fiables et durables, en fonction du type de colle, des conditions, de la composition du matériau, de la configuration et de la charge sur le produit ou le composant.

CHOIX DE LA COLLE ET CONCEPTION

Ce qui rend la technique d’assemblage si attractive, c’est qu’il s’agit d’une méthode raffinée applicable sur une diversité de matériaux. On peut aussi encoller des matériaux hétérogènes ou des combinaisons de substrat de métal, de verre, de céramique et éventuellement de plastiques hybrides ou composites, armés de fibre de verre ou de carbone (PRFC). Concrètement, le concepteur doit garder à l’esprit dès la phase initiale le type de charge que subira le joint dans la pratique. Quasi chaque modification des forces exercées demande une conception adaptée de façon experte.

Choisissez de préférence une pression, un glissement et une torsion purs et veillez à ce que ces forces soient exercées de la façon la plus uniforme possible. Les joints collés résistent aussi à la force de traction. Les assemblages collés sont moins utiles dans des situations où agissent des forces de pelage et de fendillement.

 

Composition

Les colles à un et à deux composants sont les types les plus courants. La colle monocomposant est un adhésif avec un durcisseur latent, activé par des influences externes telles qu’une hausse de température ou l’incidence de la lumière. Le second type comporte deux composants distincts, avec comme base une résine monomère à laquelle est ajoutée le durcisseur. Ceci allonge la durée de conservation du produit. 
Chaque type de colle est généralement constitué d’un mélange complexe de plusieurs ingrédients chimiques, tels qu’un activateur, un améliorant d’accrochage, des dissolvants, des matériaux de remplissage ou des produits ignifuges. C’est ainsi que la colle utilisée comprend des additifs plus ou moins volatiles qui s‘évaporent et sont dès lors inflammables, toxiques et polluants. Ces colles ont une durée de conservation limitée.

Afin de veiller à ce que les encolleurs puissent travailler en sécurité, il est conseillé d’installer un système d’aspiration dans l’atelier, certainement pendant la préparation, l’application et le durcissement de la colle. De plus, on doit éviter le contact direct avec la peau, les yeux et autres parties délicates du corps en portant les bons vêtements de sécurité et autres équipements de protection individuelle (EPI).

Pour la plupart des colles, le durcissement est une question de temps, de température et de taux d’humidité. Lorsque la colle doit durcir vite, on utilise des acrylates et des époxys qui sèchent vite à l’aide de la lumière UV. L’application contrôlée et manuelle d’adhésifs sur un objet simple face ou à faces multiples avec par exemple un pistolet à colle, semi-ou entièrement automatique, peut poser problème dans certaines applications.

AVANTAGES ET INCONVÉNIENTS

Sous une charge dynamique, un joint de colle peut être à la fois solide, étanche au gaz et aux liquides mais aussi conducteur thermique ou électrique. Ceci est le cas pour des liaisons purement intermétalliques mais aussi quand la finition est plutôt une couche protectrice ou décorative. Un avantage est que la structure des matériaux de sortie ne change pas (comme c’est le cas dans le perçage et l’usinage), tandis que l’adhérence reste quasi permanente. L’assemblage mince, quasi invisible, procure, le cas échéant, une interface plus ou moins flexible avec une action d’atténuation des vibrations. Par le vieillissement, le joint se dilate progressivement. Sur un assemblage structurel, celui-ci suit le contour en question et couvre entièrement la surface. La rugosité surfacique est cruciale pour aboutir à un assemblage renforcé, grâce à la force qui agit sur la jonction.

 

INTERFACE SEPAREE

Selon le type, la majorité des sortes de colle est en mesure de combler les irrégularités. L’application d’une pression de contact et d’une hausse de température pendant le durcissement peut aider. Un autre avantage est qu’on ne crée pas de saillies gênantes dans ou sur la pièce résultant de cette méthode de serrage adhésive. Le matériau doit d’abord être nettoyé au préalable à l’aide d’un plasma atmosphérique, de l’UV ou d’un laser pour éliminer les pollutions organiques et dégraisser le support. Quand on colle, on ajoute à peine du poids à la propre masse du produit ou du composant. En comparaison d’autres variantes de colle, cet assemblage est réalisé à une température relativement basse et convient donc mieux aux produits sensibles à la température. Chaque colle connaît une température précise, à laquelle son utilisation est optimale et stable.

CONTRÔLE DE QUALITE

Outre l’inspection visuelle, d’autre contrôles de qualité permettent de vérifier la précision du collage. Celles-ci sont plus complexes au fur et à mesure que le client pose des exigences ou quand on doit tenir compte des exigences de faisabilité et de durabilité au préalable.
Des logiciels et matériels avancés permettent déjà de bien analyser des assemblages collés complexes. Cet outil relativement neuf est au centre de l’intérêt dans toutes sortes de projets R&D internationaux en cours pour améliorer l’efficacité de l’analyse. On veut le faire en impliquant le ‘model input data’ et les données de test dans le logiciel et le matériel, en plus de la méthode ‘concept model‘ complexe, afin de comprendre plus facilement ces données et de pouvoir les représenter plus facilement dans un graphique.

La réparation d’assemblages adhésifs durcis est assez complexe et à peine réalisable en pratique. Détacher un tel assemblage accroît le risque de dégâts, du fait que ceci envoie un choc, un impact ou une vibration à travers l’adhésif durci. Le nettoyage des assemblages adhésifs avec un produit résistant facilite une approche mécanique sous haute température.

 

SERRAGE ADHESIF

Depuis assez longtemps, on utilise dans l’industrie de l’usinage des colles industrielles comme méthode de serrage exempte de force pour serrer des pièces difficiles à manipuler ou les fixer dans une position exacte. L’exécution pratique du collage se déroule hors de la machine sur un outil de serrage à changement rapide, ce qui évite de perdre du temps de machine productif.

La plupart des milieux de colle sont isolants par nature. Ainsi, un assemblage conducteur électrique ou thermique exige un traitement spécial, dont il faut tenir compte au préalable. Une pratique connue pour réaliser un contact mécanique direct entre les deux plans de collage est l’application délibérée de points de contact ou l’envoi de vibrations à travers l’objet, tandis que celui-ci est fermement serré pendant le durcissement. On peut également appliquer une interconnexion externe supplémentaire à l’aide par exemple d’un fil de cuivre ou le mélange de particules métalliques, tel l’argent.

Plusieurs fabricants livrent des types de colles qui garantissent une certaine conduction électronique et/ou thermique. La fixation à l’aide de colles à conduction électrique et thermique est appliquée depuis plus longtemps déjà dans les industries électronique et optique. Par exemple pour des IC libres sur des ‘lead frames’ et pour des composants électroniques complets sur des heatsinks et des circuits, mais c’est aussi utilisé dans le montage de miroirs et de lentilles.

Plus recente approche Glue 2.0

Les récentes prescriptions ASML Glue 2.0 sont un cadre de qualité. On veut garder des assemblages collés prévisibles, fiables et traçables grâce à des instructions de travail toujours actualisées. Tous les deux ans, le fabricant de colles et l’encolleur doivent suivre un cours de remise à niveau et les marchandises entrantes sont contrôlées. En complément est prévu un entretien ponctuel des outils de production et des procédures de travail.

Les nombreuses possibilités de l’encollage a également renforcé la demande d’applications dans des environnements plus extrêmes, d’où l’intérêt croissant pour le collage d’objets qui subissent des températures de congélation ou une grande humidité. Des experts de plusieurs fournisseurs hollandais et belges ont entre-temps rapporté divers cas d’encollage sous l’eau et à des températures de congélation.

Des exigences de plus en plus élevées sont posées à la compétence professionnelle des collaborateurs, soumise à peu de règles légales. Dans le secteur, les connaissances professionnelles sont en général fragmentées en raison de l’énorme diversité des adhésifs et des applications.