Conditions d’application des systèmes époxydes
Les surfaces à coller doivent être propres et sèches et être maintenues dans cet état jusqu’à l’application de l’adhésif. L’humidité diminue le mouillage de la surface par l’époxy (sauf formulation spécifique). En principe, un collage doit être différé en extérieur par mauvais temps : pluie, froid, forte humidité dans l’air.
La qualité d’un collage dépend des conditions de travail suivantes :
- température,
- humidité de l’air,
- propreté du poste de travail,
- conditionnements maintenus fermés, surtout pour le durcisseur qui réagit avec le CO² atmosphérique,
- qualité du dosage et du mélange des composants,
- adhésif adapté au support, charges adaptées à l’utilisation finale,
- bonne absorption et mouillage,
- pas de contrainte pendant le processus de prise,
- durée de prise, pression,
- durée de vie en pot.
Conception d’assemblage collé
On admet en général que la résistance du joint croît de façon proportionnelle à la longueur du recouvrement, mais les essais indiquent que ce n’est nullement le cas. La résistance à la rupture croît avec le recouvrement jusqu’à une longueur de recouvrement optimale, mais devient moins importante ensuite. Un joint devrait être calculé de telle sorte que la résistance des substrats soit pleinement mise à profit. C’est le cas si la contrainte de traction dans le film de colle est égale à la contrainte d’allongement du matériau. Il s’agit de déterminer une longueur de recouvrement correspondant aux résistances optimales. En règle générale on adopte dans la pratique :
- Bois faible densité : 8 à 10 fois l’épaisseur
- Bois haute densité : 12 à 15 fois l’épaisseur
Types d’assemblages
L’application d’une force de traction induit des contraintes de traction dans le bois et de cisaillement dans le film de colle. L’allongement, variable le long de la surface de recouvrement, conduit à une répartition de la contrainte qui obéit à une loi hyperbolique. La force de traction exercée sur les deux extrémités du joint n’étant pas dans le même plan, l’assemblage est en plus soumis à un effort de flexion qui provoque des contrainte de traction normales à sa surface. Ces contraintes sont maximales aux extrémités du joint, et peuvent provoquer du pelage dans le cas de grandes longueurs de recouvrement.
Principaux recouvrements pour le collage structurel
Bout à bout | Petite surface de collage, résistance minime par rapport au substrat. Ne convient pas à la transmission des forces. A éviter. | |
Simple | Résistance moyenne, préféré pour les sections faibles. Transmission des forces recouvrement satisfaisantes sous contrainte normale. | |
Scarf, ou assemblage à sifflet | De bonnes résistances peuvent être atteintes, même sous contrainte dynamique. | |
Mi-bois | Très bon mais exige de l’usinage | |
Double recouvrement | Bien mais difficile d’équilibrer les contraintes | |
Collage 2 faces | Excellente résistance | |
Gorge et languette | Très bon, tolérances élevées | |
Double gradin (double languette) | Excellent mais cher dans sa mise en oeuvre |
Types d’assemblages non structuraux
Surface bois de fil
Avec la plupart des espèces. le collage de bois de fil peut être aussi résistant à l’arrachement et à la tension que le bois lui-même. L’assemblage à rainure et languette offre l’avantage théorique d’une plus grande surface de collage mais, avec la plupart des bois, il n’apporte pas dans la pratique le surcroît de résistance prévu.
En effet, les irrégularités de découpe et d’usinage annulent le plus souvent l’avantage théorique de l’assemblage (en revanche le système rainure/ languette facilite l’alignement et le serrage des composants.
Surface bois de bout
Il est quasiment impossible (et fortement déconseillé) de réaliser des aboutages directs suffisamment résistants. Au mieux, on ne récupère plus qu’un quart de la résistance en tension ce qui, dans la pratique. est tout a’ fait insuffisant. On doit alors recourir à des assemblages se rapprochant du bois de fil comme le scarf (ou écart) et l’enture. La surface de collage doit être au moins 10 fois plus grande que ]a section du composant, car le bois est approximativement 10 fois plus résistant en tension qu’en cisaillement. Pour le contre-plaqué une pente de 8. pour 10 suffit en raison du croisement des plis. Ces valeurs peuvent être diminuées pour des assemblages non structuraux.
Les entures peuvent être taillées horizontalement ou verticalement. L’enture verticale est plus souple d’emploi mais exige un outil proportionné’ à la taille du composant. Comparée à celle d’un scarf, la résistance des entures est un peu plus faible car la pente des découpes est moins importante et devient une source potentielle de concentration de contraintes.
Un scarf correctement réalisé permet de récupérer entre 9O % (pour une pente de 1/12 ou plus) et 65 % (pour une pente de 1/5) de la résistance globale du composant avec une résistance’ à la fatigue quasi équivalente à celle du bois.
Pour optimiser les capacités adhésives de la résine époxyde à la base du système, il est possible d’utiliser des charges minérales ou végétales qui permettront d’obtenir un mélange destiné à résoudre. tous les problèmes de liaison par collage, structurel ou non.
Adhésif haute densité
On utilisera ici deux types de charges :
- les microfibres qui sont de la pulpe de bois pulvérisée, permettent d’obtenir un mastic régulier et facile à appliquer grâce à une granulométrie contrôlée. Le mélange obtenu est doté d’excellentes propriétés d’auto-remplissage et d’autorégulation. En effet, si les microfibres retiennent une forte quantité d’adhésif, elles laissent néanmoins s’écouler une certaine quantité de résine qui servira à mouiller les composants.
A ce sujet il est préférable, comme pour la plupart des collages, d’enduire les deux surfaces en contact quelques minutes avant le serrage afin de vérifier le degré de capillarité du bois utilisé et son taux d’absorption. Les microfibres se présentent sous forme de fibres cotonneuses blanches d’une densité’ moyenne de 0,13 à 0,l9. - La silice colloïdale est un agent thixotrope très puissant, modifiant considérablement la viscosité d’un système depuis le degré liquide jusqu’à la pâte épaisse. Elle permet d’obtenir un mélange adhésif à haute densité mais aussi de contrôler les caractéristiques d’autres systèmes chargés, pour éviter les coulures lors d’applications au plafond ou sur des surfaces verticales, par exemple. La silice améliore également le lissage du mélange ainsi que sa dureté de surface (mais au détriment de la facilité de ponçage). En revanche, elle diminue fortement le pouvoir mouillant de la résine. Dans certains cas, cette caractéristique sera mise à profit pour contrôler la pénétration de la résine dans les fibres (imprégnation de panneaux en balsa bois de bout par exemple) mais généralement, il conviendra de n’appliquer ce type de mélange que sur des surfaces préimprégnées.
La silice colloïdale se présente sous forme de poudre blanche floue d’une densité de 0,05. Bien qu’elle ne cause pas de silicose et ne soit pas toxique, il convient d’éviter de l’inhaler en portant un masque approprié à la manipulation pulvérulents.
Nota : ne jamais oublier que toute surface polymerisée doit être soigneusement poncée et nettoyée avant d’appliquer un systèmes. Pour gagner du temps de préparation, il est conseillé d’utiliser un tissu d’arrachage sur toutes les surfaces d’assemblage. La technique consistant à modifier à la demande un mélange époxy présente cependant quelques inconvénients : la préparation du système chargé entraîne un surcroît de travail, exige une plus grande technicité du personnel et augmente les pertes. La préparation se faisant le plus souvent à la main, il est difficile de garantir une parfaite homogénéité du produit entre ses applications successives.
Types d’assemblages non structuraux
Adhésif basse densité
On utilisera ici deux autres charges de synthèse, les microballons et les microsphères, dont les avantages essentiels tiennent à la diminution de la densité du mélange, à l’augmentation de son volume et à la diminution de son prix de revient (les charges a haute densité ne modifies pratiquement pas le volume du mélange ri sa densité).
- Les rnicroballons se présentent sous forme de poudre brune composée de sphères phénoliques ultra légères (densité 0,l8). Le mélange obtenu sert pour l’essentiel au masticage et à l’enduisage, d’autant que les microballons: se mettent en forme et se poncent facilement. On peut cependant les utiliser pour assembler de petites unités légères, annexes ou dériveurs.
- Les microsphères se présentent sous forme de poudre blanche fluide composées de sphères de verre creuses de faible densité (0,25). Les applications sont dans l’ensemble similaires à celles des microbal1ons, avec cependant une plus grande résistance à la compression et au ponçage. Ces caractéristiques mécaniques permettent de les utiliser également pour des assemblages structuraux légers (petites unités, multicoques de sport, etc.). Ajoutées à un système fluide, elles servent au lamellé-collé ou au bois moulé. Les microsphères augmentent les propriétés d’auto-remplissage du mélange, son volume et la résistance du composants à faible densité (balsa, bois tendres, etc.).