Propriétés mécaniques des assemblages collés

hydrogène sont formées. Ce phénomène intervient notamment lorsque le support et l’adhésif sont polaires. Il explique notamment la grande adhérence des liants

époxy sur les métaux (figure 13.6).

 

Figure 13.6 – Les liants époxy sont susceptibles d’engager des liaisons hydrogènes avec les groupes hydroxyles en surface des métaux (qui proviennent de leur oxydation)

 

13.2.4 Interactions électrostatiques

Selon cette théorie, l’adhésion s’explique par l’existence de charges électriques de

signes opposés aux surfaces du polymère et du substrat. Le système adhésif / substrat est alors analogue à un condensateur plan dont les armatures seraient les deux couches électriques formées au contact des deux surfaces.

 

R Les interactions électrostatiques jouent généralement un rôle mineur dans les forces

globales d’adhésion. La théorie des interactions électrostatiques est restreinte au cas des matériaux incompatibles et lorsque des matériaux adjacents sont diélectriques. Un exemple de cas auquel cette théorie s’applique : l’adhésion du polyacrylonitrile sur le nickel.

 

13.3 Propriétés mécaniques des assemblages collés

13.3.1 Assemblages collés

L’assemblage par collage présente de nombreux avantages par rapport au rivetage ou

au soudage :

• rapidité de mise en œuvre ;

• possibilité d’assembler des matériaux différents, fragiles ou minces ; • répartition uniforme des efforts (évite les concentrations de contraintes) ; • ne nécessite pas d’échauffement local important comme pour le soudage, donc pas

de modification des propriétés des matériaux à assembler ;

• gain de poids important ;

• absorption des vibrations.

Les propriétés mécaniques des assemblages collés ne dépendent pas de la seule adhésion.

En effet, il se crée lors de la prise des forces de cohésion (figure 13.7), qui parfois entrent en compétition avec les forces d’adhésion.

13.3 Propriétés mécaniques des assemblages collés 197

Définition 13.3.1 — Cohésion. Ensemble des forces s’appliquant à l’intérieur de l’adhé-

sif qui apparaissent lors de la prise (durcissement) de l’adhésif.

 

R La cohésion peut être augmentée en augmentant la masse molaire du polymère, la

réticulation, ou encore en utilisant des charges renforçantes.

 

Figure 13.7 – Forces d’adhésion et de cohésion dans un assemblage collé

 

Exemple 13.3.1 — Compétition adhésion / cohésion dans le cas des adhésifs PSA. Dans

certains cas, une augmentation de la cohésion peut se faire au détriment de l’adhésion.

Par exemple, certains PSA sont conçus à partir de colles bi-composant (ex :acrylique-

polyisocyanate), dont la prise se fait par réticulation (à haute température). Augmenter

la durée ou la température de cuisson aura pour conséquence de renforcer la cohésion,

mais les macromolécules seront alors moins mobiles et moins disponibles pour engager

des forces d’adhésion avec le support : l’adhérence sera donc moindre.

Dès lors, la rupture d’un assemblage collé peut être soit cohésive, c’est-à-dire à l’intérieur

du joint de colle, soit adhésive, à l’interface colle-support (figure 13.8). Si la rupture se produit dans le substrat, cela signifie que l’on a atteint la limite du matériau et que l’assemblage n’est pas concerné.

 

Figure 13.8 – Ruptures adhésive et cohésive

 

13.3.2 Essai de cisaillement

La résistance à la rupture en cisaillement des assemblages collés est la valeur la plus largement utilisée par les constructeurs, comme les fournisseurs, pour décrire les propriétés d’un collage. La résistance d’un adhésif au cisaillement dépend en grande partie de sa cohésion. Le test peut être effectué de deux manières différentes :

198 Chapitre 13. Pourquoi ça colle ?

• Cisaillement statique : l’assemblage est soumis à une charge déterminée pendant

une durée mesurée et dans des conditions spécifiées (température, humidité, etc.). On observe au cours de ce test le comportement de l’assemblage : sa déformation, son allongement, le glissement de l’adhésif.

• Cisaillement dynamique : une contrainte de plus en plus intense est appliquée à

l’assemblage et on observe la déformation en fonction de cette contrainte (courbe analogue à la courbe de traction).

 

Figure 13.9 – Essai de cisaillement

 

13.3.3 Essai de traction

 

Cet essai est souvent préconisé dans l’industrie du génie civil. Il est cependant peu

reproductible, principalement à cause de problèmes d’alignement du système d’ensemble : les conditions de traction ne sont pas toujours symétriques durant la totalité de l’essai.

 

Figure 13.10 – Essai de traction

 

13.3.4 Essai de pelage

 

Le test de pelage s’effectue lorsqu’un des deux supports est souple, typiquement dans

le cas des rubans adhésifs. Il permet de vérifier le niveau d’adhésion du ruban sur les matériaux. Cette méthode de test permet de mesurer la force nécessaire pour arracher, dans des conditions spécifiées (angle et vitesse donnés), une bande de ruban adhésif qui a été appliquée sur un matériau.

13.3 Propriétés mécaniques des assemblages collés 199

 

Figure 13.11 – Essai de pelage

 

13.3.5 Essai de clivage

Cet essai consiste à cliver l’assemblage collé en introduisant un coin entre les deux substrats. Il est utilisé pour caractériser l’assemblage de matières plastiques ou bien de matériaux métalliques. C’est le meilleur moyen de mesurer l’adhérence de collages forts.

 

Figure 13.12 – Essai de clivage