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Étude rhéologique des adhésifs et produits d'étanchéité

Les adhésifs sont utilisés pour joindre des surfaces, habituellement en modifiant leur phase, de liquide à solide. Quelquefois, ceci est déclenché par un changement de température (adhésifs thermofusibles). Dans d'autres cas, la colle durcit dans les conditions ambiantes (adhésifs de contact) par exemple suite à l'évaporation du solvant ou à l'humidité de l'air environnant. Il existe également des adhésifs réactifs et des adhésifs à plusieurs composants qui durcissent suite au mélange de deux composants ou plus qui réagissent chimiquement entre eux, et des adhésifs d'une seule partie qui durcissent suite à une réaction chimique lorsqu'une source d'énergie externe, comme les radiations ou la chaleur, est appliquée. Les adhésifs sont également présents dans la nature, comme c'est le cas pour la résine (du bois), le bitume, la cire d'abeilles ou l'amidon (des plantes).

Les produits d'étanchéité peuvent être utilisés pour protéger des surfaces par imprégnation et également pour remplir de petites ouvertures et d'empêcher la pénétration de gaz ou de liquide.

Adhésifs et produits d'étanchéité habituellement mesurés

Produits thermofusibles

Il existe de nombreuses applications des produits thermofusibles dans un grand nombre de secteurs, tels que l'automobile et l'électronique, l'hygiène / médecine (patchs médicamenteux, vêtement d'emmaillotement, etc.), emballage (scellement de boîte et de carton, films adhésifs, étiquetage, etc.), vêtements et chaussures (adhésifs pour semelles, revêtement, etc.) et pour les articles ménagers (cartouche de colle à chaud, films adhésifs, etc.). Les adhésifs thermofusibles représentent l’un des secteurs dont le volume est le plus important de l'industrie des adhésifs. Faciles d'application et d'un coût relativement bas, les produits thermofusibles peuvent aider à augmenter la production et réduire les coûts grâce aux économies de temps pendant l'application. En outre, comme les produits thermofusibles contiennent peu ou pas de solvant, ils permettent d'éviter les problèmes d'environnement et les coûts qui leur sont associés. Ce qui distingue les produits thermofusibles d'autres adhésifs, c'est qu'ils sont appliqués dans leur état fondu et qu'ils sont ensuite rapidement refroidis pour former un solide dur et adhérent à température ambiante. Du fait de leur temps de prise rapide couplé à leur viscosité relativement élevée, ils conviennent à merveille pour le collage le matériaux poreux.

Tests rhéologiques sur les produits thermofusibles

Les adhésifs thermofusibles sont des polymères thermoplastiques d'un poids moléculaire (PM) relativement élevé ce qui leur confère une rigidité élevée. Toutefois, les polymères à PM élevé n'ont généralement pas, de par eux-mêmes, un pouvoir adhésif suffisant (pégosité). Ces polymères sont mélangés avec une variété d'additifs pouvant inclure des plastifiants, des agents poisseux et des stabilisateurs pour augmenter leur performance d'adhésion. Les adhésifs thermofusibles sont appliqués dans un état fondu et doivent s'écouler facilement sur les surfaces pour assurer à la fois l'humidification et l'adhésion. Pour cette raison, le test de la viscosité en fonction de la température avec un rhéomètre est essentiel pour garantir une performance correcte du produit thermofusible. En outre, ces produits doivent être stables dans le temps afin de former un lien dur. Lorsqu'on connaît les caractéristiques rhéologiques d'un produit thermofusible donné, il est possible de déterminer s'il est adapté à une tâche donnée ou si sa formule peut être modifiée pour une application spécifique. Une des meilleures façons d'étudier un comportement rhéologique des produits thermofusibles est une mesure oscillatoire en fonction de la température avec des conditions mécaniques dynamiques constantes (déformation et fréquence constantes).

Ce test nécessite un rhéomètre pourvu d’un système de contrôle de la température par effet Peltier.

Il s'agit d’un exemple parmi d'autres des études rhéologiques couramment pratiquées dans l'industrie automobile.

Pâtes de plastisol

Les pâtes PVC de plastisol sont utilisées pour les processus d'injection, de revêtement, de trempage, de moulage ou d'extrusion. De telles pâtes peuvent être appliquées, par exemple, comme revêtement par nébulisation de plastisol sur le soubassement de carrosserie des véhicules, pour faire office de revêtement pour la prévention anticorrosion dans le secteur chimique, comme revêtement de sol en construction, pour la production de cuir artificiel, de vêtement protecteur ou de profilés de scellement. Habituellement, les processus de revêtement et de mise en forme sont effectués à température ambiante. Le chauffage qui s'ensuit doit provoquer la gélification et le durcissement du plastisol.

Tests rhéologiques sur les pâtes de plastisol

Un facteur de grande importance pour l'opérateur est la température de début de la gélification. La meilleure façon de décrire le comportement d'épaississement dépendant de la température d'une pâte plastisol est de pratiquer un test oscillatoire avec une amplitude et une fréquence constantes. Il prend la forme d'un balayage thermique. La température de traitement correspond généralement à la température ambiante. Suite à la friction de particules se produisant pendant le processus, des températures de +30 °C et plus sont toutefois possibles, par exemple dans le cas de l'utilisation d'un pistolet vaporisateur ou d'un couchage à la lame. En outre, la température à laquelle la viscosité atteint sa valeur minimale est importante. Si cette viscosité minimale est trop faible, la pâte peut s'écouler sur les bords ou s'infiltrer sous la surface après application. Les fabricants ont besoin de savoir à quelle température maximale il est possible de stocker la substance avant traitement, notamment en été. La température de début du processus de gélification est atteinte lorsque la viscosité et la rigidité de la pâte augmentent (habituellement, à plus de +60 °C). Enfin, la pâte plastisol atteint généralement sa rigidité maximale à des températures de chauffage généralement supérieures à +120 °C.

Ce test nécessite un rhéomètre pourvu d’un système de contrôle de la température par effet Peltier.

Produits d'étanchéité en silicone

Le besoin de protection d'un objet d'influences externes par scellement est presque aussi vieux que l'humanité. Même à l'âge de pierre, les humains protégeait leurs maisons du vent et des intempéries en scellant les orifices avec des produits naturels comme l'herbe, la boue ou la cire. Avec l'invention du mastic au 18e siècle, débute l'apparition des produits d'étanchéité artificiels. Les produits d’étanchéité en silicone ou acrylique pour usage en intérieur, comme dans la salle d'eau, sont les applications les plus communes.

Tests rhéologiques sur les produits d'étanchéité en silicone

Un test important pour la caractérisation rhéologique des produits d’étanchéité en silicone est la détermination du comportement thixotropique. Celui-ci décrit la régénération de la substance après sa sortie de la cartouche. Avec un test à saut de déformation, également appelé test de thixotropie à trois intervalles, la substance est mesurée selon des valeurs de déformation appliquées de façon variable - d'une oscillation de faible amplitude à une oscillation de forte amplitude et de retour à une oscillation de faible amplitude. Les tests oscillatoires fournissent des informations sur le comportement viscoélastique de la substance. Les résultats du test peuvent être utilisés pour caractériser les propriétés visqueuses (module de perte G’’) tout comme les propriétés élastiques (module de stockage G’) d'un échantillon. Un test de thixotropie à trois intervalles en oscillation fournit des informations précieuses permettant de déterminer si un échantillon continue à s'écouler (avec G’’ > G’) ou s'il est déjà à l'état solide (avec G’ > G’’), après l'application. De cette façon, il est possible d'opérer une nette distinction entre un mauvais produit d'étanchéité en se basant sur le comportement désiré pendant et après l'application.

Ce test nécessite un rhéomètre pourvu d’un système de la contrôle de la température par effet Peltier.

Adhésifs à maturation par UV

Les adhésifs mûris par rayonnement UV présentent de nombreux avantages comparé aux adhésifs à maturation classique. Généralement, ils ne contiennent pas de solvants et le processus de maturation est rapide (une fraction de seconde suffit bien souvent), ce qui permet d’atteindre des vitesses de traitement élevées. En outre, les contraintes thermiques sur les matériaux sont généralement très faibles, car il n’y a pas besoin de chauffage externe.

Tests rhéologiques sur les adhésifs à maturation par UV

Les propriétés mécaniques du matériau mûri dépendent de plusieurs facteurs, dont le type et la quantité d'agent réactif, l’intensité et la longueur d’ondes de la source UV ainsi que la durée de rayonnement. Les mesures rhéologiques peuvent fournir de nombreux renseignements sur ces facteurs. Le meilleur moyen de surveiller la maturation par UV est à l’aide de mesures oscillatoires dans des conditions de fréquence et sollicitation constantes. Par exemple, le graphique ci-dessous montre comment la durée de maturation d’une colle à maturation UV ainsi que sa rigidité finale sont affectées par l’intensité du rayonnement UV.

nécessite un rhéomètre pourvu d’un système de réticulation UV (un système de contrôle de la température par effet Peltier avec une source de lumière UV et des plaques échangeables pour permettre une irradiation des échantillons par en-dessous).