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E N D
1. Collage industriel Le vocabulaire
Approche des enjeux industriels
3. Cohésion Ensemble des forces qui s’appliquent à l’intérieur même des matériaux et en assure la solidité .
Le métal, les plastiques, le papier ont leur propre cohésion . Celle-ci peut varier en fonction de paramètres externes : températures, pression, humidité.
4. La Colle sa fonction première : réaliser un assemblage Une colle est un produit qui en développant une bonne adhésion respectivement sur les deux supports à joindre, reprendra toute sa cohésion lorsque sa prise sera faite .
Telle est la règle pour un bon collage .
5. La prise Par le terme de prise il faut entendre, une fois l’adhésion acquise, l’ensemble des phénomènes qui permettent au joint de colle de développer sa propre cohésion .
Si l’adhérence est quasi immédiate
Le développement de la cohésion demandera UN CERTAIN TEMPS : le temps de prise
6. La colle est d’abord liquide Pour que les forces d’adhésion puissent
s’appliquer avec le maximum de puissance entre deux matériaux, le contact entre ceux-ci doit-être le meilleur possible .
Dans les conditions habituelles seul un liquide peut optimiser cette fonction .
On dit communément qu’il « mouille le support » et le liquide est dénommé Vecteur
7. L’adhésion un phénomène complexe Les forces rentrant en jeu dans les processus d’adhésion sont multiples et complexes, il font d’ailleurs toujours l’objet de recherches .
Retenons :
L’énergie de surface : forces d’interactions faibles intermoléculaires, forces électrostatiques,
La géométrie de la surface au niveau microscopique et macroscopique .
8. Qu’est-ce qui peut entraver une bonne adhésion ? Pour que l’adhésion entre la colle et les supports puisse se faire de manière optimum, il est nécessaire qu’aucune « barrière » matérielle ne vienne s’interposer entre le support et la colle qui doit le mouiller correctement .
Les surfaces sales doivent être nettoyées, dégraissées , propres et sèches
9. La colle est déposée les deux supports sont joints que se passe-t’il alors ?
Alors le joint de colle développe à des vitesses variables (selon le type de colle, selon les supports, ou les conditions extérieures) sa propre cohésion: il fait sa prise .
Nous sommes ici au cœur même de la problématique du collage industriel : du bon choix de la colle, de la bonne procédure de mise en œuvre, du savoir faire des opérateurs, dépendent directement qualité, fiabilité, productivité dans le collage .
10. Comprendre les enjeux techniques du collage industriel revient à maîtriser les temps….
Le temps ouvert colle : T.O.C. : c’est la durée maximum qui doit s’écouler entre le moment ou la colle est déposée sur le premier support et le moment ultime ou l’accostage du deuxième support est encore possible sans que les capacités d’adhésion de la colle soit altérées . Il peut se compter en heure, minute ou seconde .
11. Après la colle la machine …. Le temps ouvert machine : T.O.M. : il s’agit de la durée qui s’écoule entre le moment ou la colle est déposée sur le premier support et le moment ou la machine réalise l’assemblage du second support .
On le comprend intuitivement : ce temps est constant pour une machine déterminée à une cadence déterminée .
12. Une notion capitale : la relation entre T.O.C et T.O.M. La condition nécessaire mais non suffisante pour qu’un collage soit réussi est que :
Le T.O.C. soit Supérieur au T.O.M.
Une production qui ne respecterait pas cette première règle (ou serait limite dans son application) a toutes les chances de produire de la non-qualité, si une production est possible .
13. Mais la machine a elle aussi ses impératifs: Pour rendre à la ligne le collage fait , il devra être « manipulable » pour la suite des opérations de production .La machine après avoir assurée la dépose de la colle, l’accostage des deux supports, doit respecter un temps de pressage :T.P. : en effet, au moment de sa dépose la colle est liquide elle a un très fort pouvoir mouillant , mais n’a souvent pas de cohésion , si le collage était libéré trop rapidement le produit ne serait alors pas manipulable , les supports se désolidariseraient .
14. Temps de pressage n’est pas temps de prise ……! Une grande majorité des collages réalisés en industrie doivent l’être dans la continuité d’opérations nombreuses et complexes qui se suivent dans un ordre pré-déterminé : tout gain de temps réalisé sur ces opérations ressort comme positif pour la productivité, c’est pourquoi, le temps de pressage ou temps d’aptitude à la manipulation, devient prépondérant face au temps de prise au sens stricte .
15. La prise en temps masqué !!! Atteindre une reprise de cohésion totale, n’est donc pas un objectif de mise en oeuvre pour nombre d’industries . Si bien évidemment elle reste un objectif de qualité de production à terme .
La prise peut se faire donc en temps masqué, ce qui n’est pas un mince avantage par rapport à d’autres techniques d’assemblage , mais nous verrons qu’il y en a d’autres .
16. Nous venons de dire incomplètement les choses La colle lorsqu’elle est liquide n’a qu’une faible cohésion propre, mais pour certaines applications ce qui est recherché n’est pas temps une reprise en cohésion rapide que le développement immédiat au contact d’un support d’un haut degré d’adhésivité , que nous appellerons Tack mot anglo-saxon qui peut se traduire par « adhésivité initiale » Le tack est dépendant de nombreux facteurs : caractéristiques physico-chimique de la colle, nature des supports , conditions extérieures .
17. Le tack arrive en renforcement La maîtrise du tack peut donner à l’opérateur, comme au concepteur d’une machine un degré de liberté supplémentaire .
Certaines opérations sont impossible sans cette notion de tack . Ainsi le tack d’une colle peut parfois renforcer un collage dont le temps de pressage serait trop court , permettant ainsi une sortie de ligne plus rapide et améliorant la productivité.
18. La maîtrise des durées est un enjeu essentiel Lorsque l’on conçoit une ligne de production,ou plus simplement lorsqu’on envisage une solution de collage pour une opération il est toujours beaucoup plus facile pour obtenir un bon résultat d’intégrer dès le départ cette notion de cinétique du collage , elle est déterminante pour le choix des colles des machines et la qualité du produit réalisé .
19. Temps accessoires Pot life: ou durée de vie en pot : certaines colles résultent du mélange extemporané de deux composés qui réagissent l’un sur l’autre dans ce cas la prise en compte de la notion de la durée de vie en pot est importante.
Temps de gommage : certaines colles pour leur application requiert un « double encollage et un temps de gommage », c’est le cas bien connu de la colle néoprène . Le respect de ces temps est alors essentiel
20. Comment savoir si le collage réalisé est de qualité ? Le respect de la procédure est le premier gage de qualité . Encore faut-il qu’elle soit rédigée .
Le contrôle de production en est le second .
Dans le contrôle de production il est commun de relever par poste les différents paramètres de réglage du système d’encollage: températures, pressions, cadences, et toutes anomalies pouvant interférer sur la qualité du collage dans le but d’assurer la traçabilité du poste.
Il faut également prélever des échantillons et les soumettre à un examen qui est le plus souvent destructif : examen du profil de rupture .
21. La qualification des contraintes A: TRACTION B: CISAILLEMENT C: PELAGE D: CLIVAGE
22. Les points forts et les points faibles du collage Les meilleures mesures de résistance mécanique pour un collage , sont obtenues lorsqu’il est sollicité dans les directions les plus favorables en cisaillement ou en traction
Le clivage le sollicite très fortement
Mais c’est au pelage qu’il est le plus vulnérable, dans la mesure du possible ce type de contrainte est à éviter .
23. Test de résistance à la rupture Reprenons nos échantillons de production et soumettons les aux différents type de contraintes que nous venons d’énumérer, jusqu’à la rupture totale et examinons les résultats . Nous constatons que différents profils de rupture peuvent apparaître :
24. Classification des ruptures
25. Il existe deux grandes typologie de collage 1) Les collages dont la résistance mécanique finale est relativement faible : collage du papier sur lui-même ou du carton , l’étiquette sur la bouteille en verre ou en plastique etc ………La règle pour un tel collage est l’obtention d’une rupture cohésive support : les forces de cohésion et d’adhésion de la colle sont supérieures à la cohésion propre de l’un au moins des supports .
26. Le collage structural 2) Les collages dont la résistance mécanique est élévée, et ceux dont un cahier des charges préalable précise le niveau de charge à la rupture : automobile, avion, appareils médicaux………etc.
Dans ce cas le cahier des charges fournit le type de rupture et la charge correspondante . On comprend bien, par exemple qu’il est impossible d’obtenir une rupture cohésive métal lorsque deux pièces métalliques sont collées ensemble .
27. Rupture adhésive le mauvais profil ? OUI et NON OUI
Une rupture adhésive révèle le plus souvent un défaut d’accroche de la colle sur l’un ou l’autre des supports , ce type de rupture doit toujours être l’objet d’analyse: la colle est-elle adaptée? le support est-il mouillable ? ne sommes nous pas dans un profil de temps ouvert dépassé ? .
28. Rupture adhésive le mauvais profil? OUI et NON NON
Car dans certains applications collage de type adhésif ou repositionnable c’est cet effet même qui est recherché .
29. Résumé Dans l’absolu réaliser un bon collage, c’est :
Permettre une bonne adhésion de la colle sur les deux supports, respecter les différents temps de mise en œuvre, vérifier que la résistance de l’assemblage est bien en rapport avec les contraintes finales.
Enfin c’est choisir en fonction de l’ensemble de ces paramètres, la colle la plus adaptée
30. La colle Il existe une multitude de colle , et la technique du collage n’est pas récente, puisque l’on colle depuis l’antiquité .
Depuis les « colles » ancestrales : bitumes, cires etc …..
jusqu’aux colles les plus modernes : de plus en plus impliquées dans les procédés industriels , le monde du collage est en constante évolution.
31. Colle : classification ? Il est possible de classer les colles selon de nombreux critères en fonction par exemple de :
leur origine : « naturelle » ou « synthétique »
Leur usage : colle à bois, colles de freinage
Leur composition : vinylique, acrylique.
Leur méthode de prise .
Nous proposerons une vision plus transversale et simplificatrice :
Une colle sera chaude ou froide, réactive ou non réactive
32. Une colle sera chaude si : La colle sera dite chaude si de manière extemporanée à sa dépose sur le premier support, un conditionnement thermique a permis de l’amener à sa fluidité optimum afin d’assurer un bon pouvoir mouillant gage d’une bonne adhésion .
Il en est ainsi des résines thermofusibles « Hotmelt » mais aussi des gélatines etc ….
33. Une colle sera froide si : La colle sera froide si son usage ne réclame pas d’opération de réchauffement particulier pour sa dépose . Etant entendu que toutes les colles correctement conditionnées se conservent et s’utilisent à la température ambiante .
Il en est ainsi des colles blanches en solutions ou dispersions , des cyanoacrylates des polyuréthanes etc ……..
34. Une colle sera réactive si ? La prise de la colle (cohésion) se fait totalement ou partiellement par le biais de réactions chimiques vraies , que l’on nomme réaction de polymérisation et/ou de réticulation .
Les interactions entre les molécules de résines sont fortes . La cohésion du joint est élevée . La tenue du collage l’est aussi, l’évolution est le plus souvent irréversible .
35. Une colle sera non-réactive si: ? La prise de la colle se manifeste par le rapprochement des molécules de résine l’une de l’autre, leur interpénétration physique et l’apparition de forces d’attraction faibles .
Les interactions entre les molécules de résine sont faibles, La cohésion du joint est faible à modeste, Le collage est souvent réversible
36. Types de colle
37. Les colles froides non réactives On retrouve dans cette catégorie notamment :
Les colles en dispersion dans l’eau ou colles blanches : colle à bois, colles pour papeterie confection d’enveloppes, de pochettes de cartons ..
Les colles en solutions : colloïdale ou non utilisée dans des fonctions d’étiquetage, souvent d’origine naturelle : caséine amidon ,
Le vecteur peut-être l’eau ou un solvant comme dans le cas des colles pour tuyauterie PVC
38. Comment ça marche ? Pour que la colle froide non réactive fasse sa prise, il faut que le vecteur de la résine eau ou solvant disparaisse du joint de colle , soit en migrant dans les supports soit en s’évaporant dans l’atmosphère . Opération parfois longue , et dont la vitesse dépend des conditions extérieures, et de la nature des supports (perméables ou imperméable)
44. Les colles chaudes non réactives Il s’agit de mélanges de résines de polymères thermoplastiques et de cires diverses que l’on nomme « Hotmelt », ou colle thermofusible .
Chaque composition contient un polymère de base, qui confère au produit l’orientation générale de ses caractéristiques techniques :
Utilisés dans le conditionnement, l’automobile, les arts graphiques, et dans de nombreuses autres industries ce sont des produits récents qui se singularisent par une reprise en cohésion rapide et un tack important (Hot tack) favorisant des gains de productivité .
45. Comment ça marche ? Pour que la colle chaude non réactive soit à même d’être utilisée, elle doit être réchauffée pour devenir liquide (entre 150 et 250°C) ce qui est généralement fait dans un fondoir sur le lieu même de l’utilisation .
Il n’y a ici aucun vecteur matériel, la liquéfaction étant obtenue par le chauffage, c’est le refroidissement du joint qui provoquera la prise .
La prise est dépendante des conditions extérieures : température, conductivité thermique des supports etc …..
47. Colles froides réactives Vaste famille regroupant des produits mono, bi, ou tri composant dont la nature chimique est très variée . Nous ne citerons que les plus connus : polyuréthannes, époxydiques , méthacrylique, cyanoacrylate , résine réticulable UV .
La base de la prise est toujours une réaction chimique de réticulation . Si le produit est mono-composant c’est qu’il puise dans l’environnement du collage, le composé nécessaire à la réaction .
48. Comment ça marche ?
49. Les colles chaudes réactives Il s’agit en fait de résine thermo fusibles (Hot melt) intégrant dans leur formulation des composés réactifs ou pouvant être réactifs dans l’environnement du collage (pré-polymères) : l’exemple type est constitué par le Hotmelt polyuréthanne produit aujourd’hui mono composant , réticulant en présence d’humidité . Leur intérêt économique est grand puisqu’ils visent à allier : la rapidité et la productivité liée aux colles chaudes , aux caractéristiques mécaniques élevées des colles réactives .
50. Comment ça marche ? Un Hotmelt polyuréthanne est le jeu d’une double réaction :
51. Les colles solvant Colles froides non réactives ou réactives dont le vecteur est un solvant . Historiquement très utilisées, aujourd’hui de moins en moins souvent mise en œuvre en raison de la prise de conscience générale de la nécessité d’une politique industrielle environnementale et de protection de la santé .
C.O.V. émis, toxicité humaine chronique de ces produits autant deux éléments pour prévoir que ces produits disparaîtront totalement à moyen terme .
52. Qu’est-ce que les C.OV. Composés Organiques Volatils
Il s’agit de tout composé organique, qui lorsqu’il est libéré dans l’atmosphère, peut y demeurer un temps suffisamment long (persistance) pour participer à des réactions chimiques (réactivité)
Leur toxicité est variable selon le type de molécule , mais toujours existante .
53. Stratégie de dépollution ou de non pollution appliquée au collage et à son environnement Il est aujourd’hui évident pour tous les intervenants que toute activité humaine doit être repensée en fonction des critères environnementaux . Il en va du collage comme de beaucoup d’autres activités . Cette prise de conscience doit être collective et individuelle .
54. Les pollutions générées par la pratique du collage Elles peuvent être variées , la liste suivante n’étant pas exhaustive,
Directement par le produit: produit contenant des C.O.V. , allergènes .
Par la gestion des emballages ayant contenu le produit : problème de la difficulté de récupération des emballages souillés .
Par la méthodologie d’utilisation : pulvérisation sans cabine. Production d’ozone par traitement UV
Par l’usage de quantités de colles ex excédentaires (non respect des procédures , usure du matériel)
55. Mais aussi dans l’environnement du collage Préparation des surfaces par solvants ou produits tensio-actifs .
Traitement de surface polluants : traitements chimiques, « flammage ».
Finition : étuvage: rejet gazeux divers , nettoyage des installations .
56. Pour en savoir plus sur : L’économie de l’environnement :
61.
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