Analyse du vieillissement et de la stabilité à long terme des adhésifs

Analyse du vieillissement et de la stabilité à long terme des adhésifs

Le vieillissement fait référence à l'évolution des performances des matériaux ou des têtes de liaison au fil du temps. Elle est affectée par l'environnement externe ou par les propres procédures de traitement du matériau, et les facteurs d'influence incluent les contraintes mécaniques, la température, les rayonnements et les milieux comme l'eau. En dehors de ceux-ci, certains autres ingrédients contenus dans les adhésifs eux-mêmes peuvent également entraîner des variations de performances des joints collés. Outre divers facteurs d'impact, le vieillissement peut survenir à différents endroits des joints collés, notamment la couche cohésive, la couche d'adhésion ou le matériau du substrat. Bien que le vieillissement résulte de l'effet combiné de plusieurs facteurs, il est difficile de le mesurer et de le prévoir pleinement avec ces paramètres d'influence.

Contrainte mécanique

Les joints collés peuvent subir quatre types de contraintes mécaniques : contrainte de pelage, contrainte de traction, contrainte de cisaillement et contrainte de torsion.

La contrainte de pelage crée une force linéaire élevée sur les joints. Cette force dépasse la force de la plupart des adhésifs. Éviter les contraintes de pelage lors de la conception structurelle des joints collés est l’une des choses les plus importantes.

La charge de traction agit perpendiculairement à la surface de liaison. La force se propage dans toute la zone de liaison. Les contraintes de traction n’endommagent normalement pas les joints. Il apparaît principalement dans les articulations bout à bout. Les joints bout à bout ont de petites zones de liaison. Les gens augmentent la taille de la liaison uniquement en épaississant les substrats. Les substrats sont généralement plus résistants que l’adhésif en tension. Les conceptions ne peuvent donc pas exploiter pleinement la résistance du substrat.

Les contraintes de cisaillement souffrent dans les surfaces de liaison. C'est la charge la plus favorable pour les joints collés. Les joints présentent des contraintes de cisaillement avec de grandes zones de liaison. Augmentez facilement la zone de liaison pour augmenter la capacité de charge si nécessaire si l'endroit adhérent n'est pas suffisant pour avoir suffisamment de charges.

La contrainte de torsion fonctionne de la même manière que la contrainte de cisaillement. Les articulations ne sont pas sensibles aux contraintes de compression. Tout stress mécanique déclenche le vieillissement articulaire au fil du temps. Cela provoque des déformations permanentes par fluage ou des fissures. Les contraintes mécaniques aggravent le vieillissement provenant d'autres sources telles que la rupture des joints induite par l'humidité.

Effet environnemental

Lors de l'utilisation de l'adhésif, les joints collés sont affectés dans divers environnements. Ces facteurs peuvent fonctionner ensemble et s’influencer mutuellement.

1. Effets de la température et du rayonnement

La température est le principal facteur des réactions chimiques. Une température plus élevée accélère les réactions chimiques. Ces réactions modifient généralement les propriétés des articulations de manière indésirable. Une température élevée accélère considérablement les dommages dus aux contraintes mécaniques dans la plupart des situations. De plus, une température plus élevée accélère le vieillissement.

Les rayonnements provoquent également le vieillissement des joints collés, notamment les rayons UV du soleil. Les rayonnements brisent les chaînes polymères à l’intérieur des adhésifs et des substrats plastiques. Le polyuréthane est particulièrement sensible aux rayons UV.

2. Eau

L'humidité peut s'infiltrer dans les couches de colle durcie et être absorbée. L'eau absorbée réduit la force de la colle. L'eau agit comme lubrifiant entre les chaînes polymères, facilitant le glissement des chaînes (effet plastifiant).

L'eau s'infiltre lentement mais continuellement dans la colle. Par temps chaud comme 40°C, l'eau pénètre chaque mois de quelques millimètres dans les polymères réticulés. Après séchage du joint, la force de cohésion augmente à nouveau mais ne revient jamais à sa valeur initiale. Le plus gros problème lié à l’humidité est une adhérence plus faible entre l’adhésif et le substrat. L'eau réduit lentement la force de liaison.

Les liaisons chimiques entre la colle et le matériau de base résistent mieux à l’eau que les liaisons physiques. Une fois les liaisons chimiques rompues, l’adhésion ne peut plus se rétablir après séchage. La meilleure façon d’éviter les dommages causés par l’humidité est de garder les joints à l’écart de l’eau. Si cela est impossible, scellez les joints.

3. Corrosion

Pour les joints collés sur des substrats métalliques, l’humidité absorbée conduit facilement à la corrosion du métal. La corrosion provoque une défaillance rapide des joints, ce qui est donc très important. La corrosion s'accélère avec des substances très corrosives telles que le sel, l'acide ou l'alcali. Ces substances mangent le métal de l’extérieur ou à travers la colle. Une telle corrosion peut être contrôlée dans la plupart des cas : recouvrir entièrement le métal ou protéger uniquement la zone collée.