COLLAGE, physique

Le collage, une méthode d'assemblage unique

Si l'assemblage par collage connaît un tel développement, c'est qu'il présente de nombreux avantages par rapport aux autres méthodes d'assemblage. D'abord, il évite d'endommager les substrats comme le font le perçage, le soudage, le rivetage. La garantie antirouille sur les automobiles récentes est due à l'introduction du collage dans l'assemblage de la carrosserie. Ensuite, il offre une très grande résistance pour un faible poids, d'où son emploi dans la construction des véhicules de transport, marins, terrestres et aériens. De plus, il amortit les vibrations donc le bruit. Le collage est irremplaçable pour les produits de grande consommation qui ne sont pas destinés à supporter de grands efforts ni à être exposés à des environnements agressifs. C'est souvent la meilleure solution pour assembler des matériaux fragiles et/ou différents, par exemple les vitrages d'immeubles ou les pare-brise d'automobiles. Le défi actuel est d'en assurer la fiabilité à long terme.

Propriétés des collages

Les colles étant des polymères, elles en ont les limites auxquelles s'ajoutent celles de l'ancrage.

Ainsi, les colles supportent difficilement les températures supérieures à 100 ⁰C et aucune n'est stable au-delà de 250 ⁰C. Les colles « hautes températures » ont soit une faible adhérence (poly-imides), soit une faible résistance à la fracture (silicones). Les colles de réaction forment un solide vitreux qui devient caoutchouteux au-dessus de la température de transition vitreuse Tg, leur résistance diminue alors fortement. Tg est à peu près égale à la température de durcissement. Pour obtenir une résistance à température élevée, il faut durcir à chaud. Plus l'écart entre la température d'usage et Tg est grand plus le collage est stable.

Par ailleurs, les colles ne supportent que des charges modérées. Il faut que la tension reste dans le domaine élastique du polymère, soit un dixième de la tension mesurée à la rupture. C'est pourquoi, il est conseillé de ne pas soumettre un collage à une charge supérieure à σ_R/10.

Dans le domaine élastique, pour autant que l'ancrage soit « bon », le comportement d'un collage peut être calculé lorsque l'on connaît les propriétés physiques de la colle.

S'il est demandé à une colle d'assembler durablement, celle-ci est soumise à de nombreuses exigences qui ne sont pas toujours compatibles, par exemple une résistance élevée et un décollement facile. La viscosité est un critère de sélection ; elle évolue entre un mastic pour des joints épais et une colle très fluide qui peut se glisser par capillarité dans des interstices. La souplesse est aussi un critère important car elle permet d'accommoder les déformations et diminue l'influence du retrait qui accompagne la solidification. C'est cette propriété qui a assuré le succès des polyuréthannes dans le collage des pare-brise d'automobiles car leur flexibilité permet d'accommoder les déformations de la carrosserie lorsque le conducteur descend d'un trottoir ou franchit une ornière. Selon les applications, on précisera la transparence, la couleur, le temps de durcissement, la conduction de l'électricité, le prix, etc. C'est pourquoi il existe sur le marché plus de 20 000 formulations, certaines étant spécifiques à un domaine industriel.

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