Composition
Les adhésifs et les scellants sont des formulations complexes utilisées pour lier les substrats ou sceller les joints ou les espaces. Ils se présentent sous différentes formes mais sont généralement des dispersions contenant des matériaux polymères ou des agents de durcissement, des tensioactifs et des solvants. Les adhésifs peuvent être réactifs ou non réactifs. Pour les adhésifs réactifs, l'adhésion peut être induite en mélangeant deux composants réactifs ou plus, tels qu'une résine époxy et un durcisseur, ou peut être induite par des stimuli externes tels que le rayonnement UV, la chaleur ou l'humidité. Pour les adhésifs non réactifs, l'adhésion est induite par des stimuli physiques tels que la pression ou l'évaporation du solvant, par exemple. Dans le cas d'un scellant, la fonction principale est de sceller les joints ou les interstices et d'empêcher l'humidité, les solvants ou les gaz de pénétrer ou de s'échapper d'un système ou d'un composant, bien que de nombreux scellants puissent avoir plusieurs fonctions.
La plupart des adhésifs et des mastics sont composés de matériaux polymères ou contiennent des monomères ou des oligomères qui forment un réseau polymère réticulé après la réaction. Par conséquent, le poids moléculaire et la structure moléculaire de ces composants sont critiques pour les propriétés du matériau à la fois avant et après l'adhésion. De nombreuses formulations d'adhésif et de scellant sont des systèmes à deux phases, qui comprennent des émulsions contenant un polymère dispersé, ou des solides dispersés dans le cas d'un calfeutrage. Dans les deux cas, la taille des particules et la taille des gouttelettes peuvent être critiques pour les performances du produit.
Quiconque a l'intention d'utiliser des adhésifs et des mastics est confronté au formidable défi de sélectionner correctement les matériaux ainsi que de déterminer les processus appropriés. L'adhésif ou le scellant doit s'écouler sur la surface du substrat, puis passer d'un liquide fluide à un solide structurel sans créer de contraintes internes nuisibles dans le joint. Bon nombre des problèmes d'adhésif ou de scellant qui évoluent ne sont pas dus à un mauvais choix de matériau ou de conception des joints, mais sont directement liés à des techniques de production défectueuses qui manquent le plus souvent d'un contrôle de processus approprié.
Pourquoi la mesure de la viscosité est-elle importante pour préparer les formulations?
Il existe de nombreux types d'adhésifs et de produits d'étanchéité à considérer lors de la mise en place d'un processus de fabrication. Un examen attentif de la viscosité aide à choisir le bon matériau pour la conception du produit ainsi que le processus de fabrication requis pour le construire.
Les adhésifs modernes sont souvent une formulation complexe de composants qui remplissent des fonctions spéciales. La formulation de matières premières en systèmes de collage et de scellement adhésifs utilisables est en soi un vaste domaine technologique. Les adhésifs et produits d'étanchéité peuvent être produits sous diverses formes: liquides à une ou deux parties, solutions à base de solvants, émulsion à base d'eau, film supporté ou non, pellets préformés ou extrusions façonnées, et de nombreuses autres formes. Cette variété de possibilités de formulation et de formes d'utilisation finale est révélatrice de l'état avancé de développement des adhésifs et des mastics.
La viscosité (et la rhéologie) est l'un des paramètres les plus importants dans la production et le traitement des adhésifs. D'autres matériaux entrants doivent être testés en viscosité avant utilisation (par exemple dans un système de dosage). Divers solvants, agents solubles, poudres résineuses ou charges inertes peuvent être utilisés pour contrôler la viscosité de l'adhésif. La viscosité des systèmes adhésifs peut devoir être augmentée ou diminuée selon l'application et l'environnement opérationnel.
- Le contrôle de la viscosité est une méthode couramment utilisée pour maintenir une épaisseur de ligne de produit et de liaison uniforme. ÉPAISSISSEURS et des agents thixotropes sont utilisés pour maintenir une épaisseur raisonnable de la ligne de colle grâce au réglage de la viscosité.
- Les caractéristiques d'écoulement peuvent être régulées par l'incorporation de des charges, par l'utilisation de canevas ou de rubans tissés comme «cales internes» au sein de l'adhésif lui-même, ou par la régulation minutieuse du cycle de durcissement. Des charges sont incorporées pour contrôler la viscosité des adhésifs ainsi que d'autres propriétés.
- Le piégeage de l'air peut être une source d'échec, en particulier dans les petites applications. L'élimination de l'air d'un système, avant l'application, peut être une étape de traitement nécessaire. Les entrefers pourraient empêcher l'adhésif de s'interfacer complètement avec la surface du substrat, ce qui pourrait réduire la résistance. Diluants réduire la viscosité et réduire le temps nécessaire aux adhésifs pour mouiller efficacement le substrat. La viscosité réduite facilite également l'élimination de l'air emprisonné et facilite l'action capillaire de l'adhésif pour remplir les pores et les cavités qui peuvent se trouver sur la surface du substrat. Cependant, l'addition de diluants, en particulier de résines liquides n'ayant pas réagi, a généralement pour résultat une densité de réticulation abaissée qui à son tour peut entraîner une résistance aux températures élevées réduite et une résistance environnementale inférieure.
- Ratio de mélange pour de nombreux matériaux en deux parties peut être un problème majeur. Certains systèmes sont très sensibles aux changements mineurs du rapport de mixage. De nombreux matériaux sont stoechiométriquement équilibrés et un mélange hors rapport peut entraîner un durcissement erratique du matériau et / ou un mauvais fonctionnement à sa capacité optimale. Certains matériaux qui ne sont pas aussi sensibles au rapport de mélange peuvent présenter des caractéristiques légèrement différentes lorsque le rapport varie. Les matériaux qui durcissent avec un mélange hors rapport peuvent avoir une dureté finie et une résistance à la traction légèrement différentes, ce qui affecte les performances finales. Une solution alternative pour répondre à des exigences strictes en ce qui concerne le rapport de mélange pourrait être de surveiller en continu la viscosité tout au long du processus de mélange et de réguler les quantités de différents composants / matériaux en fonction des caractéristiques d'écoulement souhaitées.
- Le mélange d'adhésifs en deux parties est une fonction de base du processus mais est essentiel pour que ces adhésifs fonctionnent correctement. Un mélange insuffisant peut entraîner une réaction chimique partielle qui conduit à un durcissement partiel. Un matériau durci insuffisant entraînera très probablement une mauvaise force de liaison et des propriétés physiques inférieures. De plus, le mélange du récipient d'origine peut être très important. Des charges ou d'autres composants pourraient se déposer. Assurer un mélange homogène de chaque composant avant le mélange (pour deux parties) est vital pour obtenir des propriétés maximales. Les mesures de viscosité en plusieurs points du mélange peuvent aider à surveiller et à réguler l'homogénéité au niveau souhaité pour l'application.
Les exigences de traitement lentes et critiques de certains adhésifs peuvent être un inconvénient majeur, en particulier dans les opérations de production à volume élevé. Si l'adhésif a plusieurs composants, les pièces doivent être soigneusement pesées et mélangées. L'opération de réglage nécessite souvent de la chaleur et de la pression. Le temps de prise long rend les gabarits et les accessoires nécessaires à l'assemblage. Des contrôles rigoureux du processus sont également nécessaires, car les propriétés adhésives dépendent des paramètres de durcissement et des préparations de surface. L'inspection des joints finis pour le contrôle de la qualité est très difficile. Cela nécessite également un contrôle strict sur l'ensemble du processus de collage pour garantir une qualité uniforme. Les techniques d'essai non destructives ne peuvent pas prédire quantitativement la résistance des joints.
Mesures de viscosité dans les tests
Les tests sont une fonction extrêmement critique dans l'industrie des adhésifs et des mastics pour plusieurs raisons. On ne peut pas prédire de manière fiable les caractéristiques du joint sur la seule base des paramètres de l'adhésif, du substrat et de la conception du joint. La viscosité adhésive est une indication de la facilité avec laquelle le produit peut être pompé ou étalé sur une surface. Il révèle des informations, ainsi que la vitesse de prise du liquide et la tension superficielle, qui sont pertinentes pour les caractéristiques de mouillage de l'adhésif et des informations concernant l'âge et la composition de l'adhésif. Les mesures de viscosité pour les adhésifs ou les produits d'étanchéité à écoulement libre sont généralement basées sur l'une des méthodes suivantes décrites dans la norme ASTM D 1084. Les tests d'adhésifs et de produits d'étanchéité sont effectués pour diverses raisons. Ils sont utilisés pour:
- Choisissez parmi les matériaux ou les processus, tels que la conception de l'adhésif, de l'adhérence ou du joint;
- Surveiller la qualité des matériaux de production pour s'assurer qu'ils n'ont pas changé depuis la dernière fois qu'ils ont été vérifiés pour une utilisation dans le processus de collage;
- Confirmer l'efficacité d'un processus de collage, tel que le nettoyage ou le durcissement de surfaces; ou
- Examiner les paramètres ou les variables de processus qui peuvent conduire à des différences mesurées dans la performance de l'obligation
Il existe deux catégories générales de tests pour les adhésifs et les mastics: les tests de propriétés fondamentales et les tests d'utilisation finale. Des tests de propriétés fondamentales, tels que des tests de viscosité, sont généralement utilisés pour évaluer la consistance de l'adhésif ou du substrat entrant une fois que le système de joint est vérifié comme convenant à une application spécifique. Souvent, des tests de propriété fondamentaux sont effectués après une défaillance ou un événement inexpliqué pour déterminer si un changement dans le matériau entrant peut avoir été le coupable possible. Un certain nombre de tests standard pour les adhésifs et les produits d'étanchéité ont été spécifiés par l'American Society for Testing and Materials (ASTM) et d'autres organisations professionnelles telles que le Département américain de la Défense et la Society of Automotive Engineers.
Contrôle qualité des matériaux entrants: Il peut également être nécessaire de tester en interne le produit en vrac entrant pour les propriétés fondamentales. Ces inspections consistent généralement en une évaluation des propriétés physiques et chimiques telles que: la couleur, la viscosité, le pourcentage de solides, le poids par gallon, la durée de vie en pot, le temps ouvert et le débit. Un pourcentage extrêmement élevé de défauts peut être attribué à une mauvaise exécution ou à un manque de compréhension concernant l'adhérence. Les spécifications sont une partie nécessaire d'un programme de contrôle de la qualité. Une spécification est simplement un énoncé des exigences auxquelles l'adhésif, le scellant ou le processus doivent satisfaire pour être acceptés.
Les adhésifs peuvent être à un seul composant, mais ils sont souvent constitués de deux composants, la résine et le durcisseur. Tous les composants séparément et le produit mélangé doivent être testés en viscosité. Certains des tests standard pour caractériser les propriétés fondamentales des matériaux pour les adhésifs et les mastics sont les suivants:
- ASTM D1084 Viscosité des adhésifs
- ASTM D2556 Viscosité apparente d'un adhésif ayant des propriétés d'écoulement dépendant de la vitesse de cisaillement
- ASTM D3236 Viscosité des adhésifs thermofusibles et des matériaux de revêtement
Gestion de la viscosité dans les systèmes de distribution
Lorsqu'ils sont utilisés à la fois à des fins de fabrication automobile et générale, ces nouveaux adhésifs industriels sont appliqués en utilisant une grande variété de systèmes de distribution d'adhésifs. Celles-ci vont des systèmes d'application entièrement robotiques - qui appliquent rapidement un cordon d'adhésif précis et mesuré de manière cohérente sur une pièce, comme un panneau de carrosserie ou un pare-brise non apprêté - aux systèmes d'application à base de pistolet utilisés par les travailleurs de l'usine pour appliquer manuellement des adhésifs sur les panneaux et les pièces. lors de l'assemblage de la ligne de production. Pour obtenir un débit et un cordon de matière plus cohérents pendant l'application, des régulateurs de viscosité du fluide peuvent être ajoutés en aval de la pompe.
La rhéologie et la viscosité sont quelques-unes des caractéristiques les plus importantes associées aux mastics et adhésifs qui doivent présenter des propriétés de type liquide (ils doivent s'écouler) pour être appliqués mais doivent également avoir une `` adhérence '' suffisante pour coller ou lier les substrats ensemble - comportement qui est influencé par les propriétés viscoélastiques. Une fois appliqués, la plupart des matériaux sont alors conçus pour subir une transition liquide-solide afin de former un joint robuste ou une liaison adhésive. Pour les adhésifs à faible viscosité, la viscosité est importante pour pénétrer les surfaces de collage et pour s'écouler dans l'espace de collage. Pour les adhésifs à haute viscosité, la viscosité correcte est nécessaire pour combler les espaces plus grands et l'empêcher de s'écouler dans les petits espaces et pores de la surface.
La viscosité est une mesure des caractéristiques d'écoulement et son contrôle est l'une des opérations les plus importantes des étapes de livraison des adhésifs et des mastics. Points clés sur l'importance critique de la viscosité du lisier:
- Grâce à la mesure de la viscosité, des changements de densité, de stabilité, de teneur en solvant et de poids moléculaire peuvent être observés. La viscosité est un indicateur efficace de la répartition granulométrique. Les changements de distribution de la taille des particules peuvent affecter les propriétés, notamment la densité, la rhéologie et l'épaisseur du revêtement. Les propriétés qui peuvent être affectées sont résistance chimique, caractéristiques thermiques, résistance aux chocs, retrait, flexibilité, facilité d'entretien et résistanceUne surveillance continue de la viscosité et les ajustements nécessaires à la formulation sont essentiels pour obtenir les propriétés adéquates des adhésifs et des produits d'étanchéité dans les applications respectives.
- La surveillance et le contrôle continus de la viscosité sont essentiels pour détecter et éviter les problèmes de livraison dus à des facteurs environnementaux : la température, le niveau d'humidité, le dioxyde de carbone, le pH et l'oxygène, entre autres produits chimiques, peuvent avoir un effet néfaste sur l'adhésif et les produits d'étanchéité.
Afin d'avoir un processus d'application uniforme et afin de ne pas gaspiller de matériaux et d'optimiser la consommation d'énergie, il est hautement souhaitable que la viscosité soit régulée automatiquement à une valeur sensiblement constante. Surveillance et contrôle de la viscosité en ligne et en temps réel est essentiel pour améliorer les performances et réduire les coûts dans presque tous les processus de formulation et de livraison d'adhésifs et de mastics. Les opérateurs de processus se rendent compte du besoin d'un viscosimètre qui surveille la viscosité et la température, et pourraient utiliser la viscosité compensée en température comme variable clé du processus pour garantir la cohérence et réduire les défaillances.