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Colles structurales – C.A.B.

  • Chaque situation est différente, mais notre équipe d'ingénieurs experts est souvent sollicitée pour des questions similaires. Voici quelques-unes des questions les plus fréquemment posées par les clients. Ces réponses ne sont pas destinées à fonctionner précisément pour votre application; cependant, ils vous donneront une bonne idée des facteurs à prendre en compte lorsque vous examinerez vos options de conception, de procédé et de collage et déterminerez comment les colles structurales 3M peuvent vous aider à améliorer votre activité.

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  • CAB 1 : Quel est l'impact de la température sur le profil de durcissement de ma colle ?

    C'est une question courante, et c'est très important. Par exemple, une usine en plein air en Géorgie pourrait subir des variations saisonnières de comprises entre 4 °C et 40 °C. Les colles structurales reposent sur des réactions chimiques, et ces réactions dépendent de la température. La première chose à prendre en compte est que les températures plus basses ralentissent la réaction et les températures plus élevées l'accélèrent.

    L'équation d'Arrhenius est une formule…

  • Vidéo d'un ingénieur d'application expliquant l'impact de la température sur le profil de durcissement des colles
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L'équation d'Arrhenius est une formule qui décrit la variation de la vitesse d'une réaction chimique en fonction de la température. En règle générale, pour chaque déviation de 10 degrés Celsius, vous doublez ou réduisez de moitié la vitesse de réaction. Prenons l'exemple d'une colle dont le temps ouvert est de 20 minutes à 25 °C, soit la température ambiante. Si vous montez la température à 35 °C, vous réduisez ce temps ouvert de moitié, soit environ 10 minutes. À l'inverse, si vous réduisez la température à 15 °C, vous disposerez d'un temps ouvert total plus proche de 40 minutes.

Cela ne se limite pas au temps ouvert : l'ensemble de la réaction évolue de la même manière. S'il faut 2 heures à température ambiante pour atteindre le point de résistance à la manipulation, à 15 °C, cela prendrait 4 heures. Ce n'est pas seulement important pour les opérations en plein air et les quarts de travail saisonniers : le phénomène peut aussi être utilisé pour influencer la production. Si vous voulez augmenter la production sans réduire le temps ouvert, vous pouvez assembler les pièces à température ambiante, puis les déplacer dans une pièce 10 ou 20 degrés plus chaude pour accélérer le durcissement. De fait, les réactions à des températures supérieures à environ 50 °C se produisent encore plus rapidement. Si vous consultez le bulletin technique sur l'augmentation de la vitesse de réaction d'une colle thermodurcissable, vous pouvez faire durcir complètement ces colles en quelques heures à 50 °C, contre plusieurs jours à température ambiante.

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  • Vidéo d'un ingénieur d'application expliquant la résistance à la température d'une colle au sein d'un assemblage
  • CAB 2 : Comment dois-je prendre en compte la résistance à la température de la colle au sein d'un assemblage collé ?

    C'est une question que nous recevons souvent de la part de clients. La réponse à cette question n'est pas toujours évidente, car elle dépend d'un certain nombre de facteurs. Voici quelques éléments dont vous devriez tenir compte lorsque vous songez à l'exposition à la température.

    Si la colle a…

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La colle est-elle complètement durcie ?
Si la colle vient tout juste d'atteindre son point de manipulation ou si elle est encore un peu liquide, son exposition à la température aura un effet différent que si elle est complètement durcie trois semaines ou même six mois après son assemblage.

Quelles sont les valeurs absolues de température subies par l'application ?
Il est ainsi possible de savoir s'il y aura des problèmes de dégradation thermique causés par ses extrêmes de température.

À quel intervalle l'application est-elle exposée à ces extrêmes de température ?
Si une pièce subit une température maximale absolue de 150°C, il est important de savoir si elle subit cette température maximale pendant cinq minutes ou cinq semaines. Vous devez donc penser à l'exposition totale à la température et à tout effet de dégradation associé. La fréquence de ces expositions est également importante : à quelle fréquence la pièce passe-t-elle d'un extrême de température à l'autre ? Une application en plein air dans le désert qui subit des cycles de température de 24 heures entre 4 °C la nuit et 46 °C diffère d'une application qui subit les mêmes extrêmes de température mais sur des cycles annuels.

Quelle est la charge réelle appliquée sur la colle lorsqu'elle est exposée à la température ?
Cette dernière question est sans doute la plus importante. Même si la colle ne subit aucune dégradation thermique, il s'agit quand même d'un polymère, qui subira des modifications de ses propriétés physiques. Plus précisément, lorsque la température augmente au-delà d'un certain point (la température de transition vitreuse), la colle passe d'un état rigide vitreux à un état caoutchouteux et plus souple. Les propriétés physiques de la colle changent pendant la phase de transition d'un extrême de température l'autre, notamment la rigidité, le coefficient de dilatation thermique et la capacité thermique ; ceci peut affecter la capacité de charge de la colle.

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  • CAB 3 : Comment préparer le substrat ?

    La réponse à cette question ne peut se faire sans plus de précisions sur la nature et l'environnement du substrat. L'interaction entre la colle et le substrat est probablement la question la plus complexe, car elle dépend fortement de vos besoins : les performances globales de la colle seront choisies en fonction des températures, des conditions environnementales, de la résistance globale requise et des conditions du procédé, comme la vitesse à laquelle vous devez faire sécher la pièce. La question de la manière et de la nécessité de préparer un substrat dépend beaucoup du type de colle que vous choisissez. Même à l'intérieur des substrats eux-mêmes, il existe différentes qualités : tous les ABS ne se valent pas, il n'est donc pas toujours possible de fournir une déclaration générale sur la manière de préparer cette surface.

    Cela dit, nous pouvons distinguer quatre grandes catégories de substrats…

  • Vidéo d'un ingénieur d'application expliquant comment préparer un substrat.
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Cela dit, nous pouvons distinguer quatre grandes catégories de substrats. Même à l'intérieur de ces catégories, la réaction chimique impliquée dans le collage peut différer.

Les métaux présentent une énergie de surface très élevée. Si la surface est propre et sèche, la colle doit facilement mouiller, mais tous les métaux ne se ressemblent pas. Prenons le cas de l'aluminium et du cuivre : l'aluminium est un métal passivé (inactif) et relativement inerte, tandis que le cuivre est un métal actif qui continuera à se corroder. Pour cette raison, vous devez tenir compte de la dégradation au fil du temps due à la corrosion.

Les matériaux traditionnels comprennent le verre, le bois, le cuir et le béton. Ils possèdent une énergie de surface intermédiaire, mais chacun d'eux possède généralement une particularité qui doit être prise en compte. La rugosité en est un exemple, une autre est le cuir naturel qui contient des huiles provenant du processus de tannage. Avec le temps, celles-ci peuvent s'infiltrer dans la colle, la plastifier et dégrader son adhérence. Le phénomène d'hydrolyse du verre signifie que la pénétration de l'humidité est un facteur à prendre en compte dans le collage du verre pour éviter qu'il ne se dégrade.

Les plastiques techniques sont des plastiques performants à haute énergie de surface comme l'acrylique, le polycarbonate, l'ABS et les composites époxy-résine. Ces matériaux sont véritablement uniques, car le collage n'est pas seulement une question d'énergie de surface : la colle peut mouiller la surface, mais sa capacité de collage sera également dictée par la cristallinité et la polarité du plastique. Un matériau comme le nylon possède une énergie de surface relativement élevée, mais il est très cristallin et peu polaire. Lorsque vous examinez certains des mécanismes d'adhérence, de nombreuses colles peuvent adhérer dans un premier temps, mais cette adhérence peut se détériorer si vous ne préparez pas la surface plus rigoureusement.

Les plastiques à basse énergie de surface (ou plastiques BES) sont les plastiques ordinaires comme le polypropylène et le polyéthylène, mais aussi les plastiques à très basse énergie de surface comme les plastiques fluorés et les silicones. Les polyoléfines et les plastiques BES sont en quelque sorte une catégorie en soi, car vous aurez besoin d'utiliser un apprêt ou une sorte de traitement Corona, ou encore d'une colle spéciale conçue pour pénétrer dans le plastique et créer une liaison avec le polymère du substrat lui-même.

Tous ces facteurs illustrent pourquoi il est difficile de trouver une réponse simple. En règle générale, vous devrez tout de même faire des essais et des prototypes pour vous assurer qu'une colle est bien adaptée à votre procédé. Les pages Collage et Assemblage de 3M.com, qui présentent des informations plus détaillées sur ces sujets, constituent un bon point de départ pour consulter les informations sur les substrats.

La deuxième option consiste à lire les données techniques des colles que vous recherchez, car elles adhèrent à un grand nombre de substrats différents. Ces pages font généralement état de deux éléments : un nombre indiquant la résistance sous contrainte en psi ou en mégapascals (pour le cisaillement par chevauchement) ou en kilo par centimètre (pour le pelage), ainsi qu'un mode d'échec. Le mode d'échec de l'adhérence signifie que la colle testée dans les conditions décrites est resté collée aux deux substrats après qu'il se soit rompu : la colle elle-même a cédé et non l'adhérence. La défaillance de la colle indique que la colle s'est détachée de l'un des substrats. Cela peut fournir une indication quant à savoir si la colle pourrait convenir et devrait rester dans votre liste.

La troisième option, si vous avez un substrat spécifique en tête ou une question au sujet d'un additif qui pourrait migrer dans la colle, est de vous tourner vers 3M. Notre équipe technique peut examiner la situation et faire une demande au service technique pour vous aider à déterminer la colle la plus appropriée pour toute la durée de vie de la pièce.

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Quels sont les modes de contrainte les plus courants des colles structurales ?

  • Résistance à la traction

    Résistance à la traction

    La contrainte de traction est appliquée perpendiculairement au plan et s'éloigne du collage. La force est répartie uniformément sur toute la zone de jointure. La contrainte de compression s'applique dans la direction opposée, où les substrats sont poussés ensemble perpendiculairement au plan de collage
  • Cisaillement

    Cisaillement

    La contrainte de cisaillement est appliquée par traction sur la colle, forçant les substrats à glisser les uns sur les autres. Ici, la force est dans le même plan que la jointure et répartie sur toute la surface.
  • Rupture

    Rupture

    La contrainte de clivage se concentre sur un bord du joint, en exerçant une force d'arrachement sur le collage lorsque les substrats se séparent. Alors que cette extrémité du joint de collage subit une contrainte concentrée, l'autre bord du joint est théoriquement sans contrainte. Un clivage se produit entre deux substrats rigides.
  • Pelage

    Pelage

    Le pelage est également concentré sur un bord du joint. Au moins l'un des substrats est souple, ce qui entraîne une concentration des contraintes sur le bord d'attaque encore plus importante qu'en cas de clivage.

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Chimie des colles structurales

  • Colles acryliques

    Ces colles bicomposant présentent une grande résistance et une grande souplesse de conception.

  • Colles époxy

    Ces colles assurent une excellente durabilité et résistent aux conditions environnementales extrêmes.

    Colle époxy monocomposant

    Colles époxy bicomposant

  • Colles PUR

    Ces produits monocomposant combinent la vitesse d'application des colles thermofusibles avec les avantages structurels des colles durcissant à l'humidité.

  • Colles uréthane

    Ces compositions sont idéales pour créer des liens souples et solides entre des matériaux dissemblables.

  • Colles anaérobies

    Ces colles assurent des collages ajustés et étanches dans les applications de blocage de filets, d'étanchéité de canalisations et autres applications connexes.

  • Colles cyanoacrylates

    Ces produits atteignent leur point de résistance à la manipulation en 5 à 10 secondes et atteignent des résistances à la traction extrêmement élevées.


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