Les résines époxydes

Historique

C’est en 1909 que le chimiste Russe Prileschajew découvrit que les oléfines réagissaient avec l’acide perbenzoïque pour donner une fonction époxy. Dans les années 40, le Suisse Pierre CASTAN et l’Américain Sylvan GREENLEE, revendiquent simultanément la paternité d’une matière plastique thermodurcissable composée d’une résine et d’un durcisseur. La production industrielle débutera dans les années 50 pour répondre à une demande croissante de revêtements performants.

Depuis 1960, plus d’une cinquantaine de structures chimiques distinctes ont été mises au point avec des nuances quant à la masse moléculaire, l’isométrie, la pureté. Avec une centaine d’agents de réticulation, des agents modificateurs, des diluants, des charges organiques ou inorganiques, il peut être préparée une variété infinie de formules. Les époxydes sont considérés comme une avance technologique sans précédent sur les résines phénoliques et les polyesters.

Théorie du collage du bois à l’époxy

Il n’y a pas très longtemps encore, la seule théorie du collage que l’on admettait, reposait sur la pénétration de la colle dans les pores des matières à assembler. La réaction chimique du liant engendre son durcissement sous forme de tentacules qui, à la manière des doubles crampon, maintenaient les deux pièces en un contact intime et dont la résistance à l’arrachement pouvait être d’autant plus grande que la pénétration de la colle était profonde. Tout ceci impliquait donc la porosité des matières et une colle suffisamment liquide et mouillante pour lui permettre, soit par simple capillarité soit par pression, une pénétration dans toutes les anfractuosités ouvrant sur la surface des plans de collage.

Cette action adhésive était désignée sous le nom d’adhérence mécanique, et si elle est encore valable aujourd’hui pour certaines matières dont le bois, il n’est pas possible d’appliquer cette théorie aux collages de corps métalliques dont les surfaces sont lisses et imperméables à toute pénétration d’une colle. On favorise donc l’adhérence mécanique par saturation des canaux du bois par la pression exercée sur la surface (lamellé collé), en employant la technique du vide et de l’autoclave. Dans la construction bois époxy, les pressions appliquées sont faibles : les pièces sont maintenues en contact pendant le durcissement. La pénétration de la résine est fortement liée à la texture du bois, sa densité, en bois de bout ou de fil. Les canaux et les parois des cellules du bois accepteront un volume d’autant plus grand d’adhésif, que l’humidité du bois sera faible. On considère que ce taux doit être inférieur à 12 %.

Avec l’évolution des techniques de chimie analytique, atomique et moléculaire une nouvelle théorie est née: l’adhérence spécifique. Valable pour les métaux, cette nouvelle théorie complète heureusement celle de l’adhérence mécanique permettant de réaliser avec succès des assemblages mixtes: bois/métaux, bois/matières plastiques. La matière est constituée par des atomes qui, par agglomération, donnent naissance aux molécules. Atomes et molécules sont rendus solidaires par des forces électriques interatomiques ou intermoléculaires, qui donnent à la matière son état physique.

L’adhérence spécifique qui étudie ces forces, implique donc une certaine action de ces forces entre les molécules de la colle et celles de la substance à coller. Celles-ci, suivant la nature de la matière, sont polaires ou apolaires et correspondent à la distinction que l’on fait entre les liquides hydrophiles et les liquides hydrophobes.

Résine chargée

Pour rendre le plus intime possible le contact du bois et de la colle, condition essentielle pour obtenir un joint solide, la pression est nécessaire. Elle complète le phénomène d’adhérence spécifique, mais doit être exercée avec précaution pour permettre une pénétration suffisante de l’époxy et éviter de réduire à une épaisseur trop faible pouvant aller jusqu’à l’élimination presque totale de l’adhésif. Pour cette raison lors de toutes les opérations de collage bois/bois, on incorporera au mélange résine/durcisseur, de la microfibre de bois. On obtient alors une colle auto-remplisseuse (gap-filling).

Propriétés mécaniques

Le tableau suivant donne une idée des propriétés mécaniques d’un système époxyde, comparé au 3 essences de bois ci-dessous :

Important : On comprend facilement, à partir de ce tableau, tout l’intérêt du lamellé-collé, qui cumule l’avantage de la légèreté du bois et de la résistance du système époxyde.