Les technologies clés

* Matériaux

Collage structural

Fiche Technologie-clé n : 85

VERSION 3

Présentation de la technologie

[100tc]Définition

assemblage de deux pièces par un adhésif, la fonction de cet assemblage étant de transmettre des efforts mécaniques dans un environnement donné pendant la durée de vie prévue de l'objet.

[100tc]Techniques mises en oeuvre

parmi les adhésifs les plus utilisés, on trouve : les époxydes sous forme de films, de pâtes ou de liquides mono ou bicomposants pour toutes applications structurales, les thermostables (polyimides) pour les applications à températures élevées ; les acryliques anaérobies pour les assemblages cylindriques (fixation et freinage) ; les cyanoacrylates pour les collages de petites pièces et des matières plastiques ; les polyuréthanes (mono ou bicomposants) pour les collages semi-structuraux de grandes surfaces et/ou de matériaux différents ; les silicones pour le collage du verre sur d'autres matériaux ; les adhésifs thermofusibles et rubans adhésifs double face pour des applications semi-structurales diverses.

Les résines époxydes sont les colles structurales typiques pour l'aérospatial (structures nid d'abeilles et composites), la construction automobile (sertis de portes) et l'électronique (colles conductrices).

Les polyuréthanes, colles qui ont le plus progressé ces dernières années grâce à un rapport qualité/prix avantageux, concernent toutes les industries.

Les colles acryliques structurales sont classées en trois grandes familles qui diffèrent notamment par leur mode de durcissement : les cyanoacrylates, adhésifs thermoplastiques récents, qui conviennent très bien au collage des plastiques et des polymères ; les anaérobies, thermodurcissables, qui ont leurs principales applications en mécanique ; et les acryliques modifiées, qui permettent d'obtenir des produits résistants au cisaillement ou plus résilients. Dans cette famille, des progrès importants ont été réalisés dans les colles photoréticulables, que ce soit aux UV ou à la lumière visible, et à systèmes de réticulation mixte (température, anaérobie, UV, durcisseur).

Les phénoliques, modifiées par des caoutchoucs synthétiques et souvent présentées sous forme de films calibrés, servent au collage des métaux.

Les polyamides ont une meilleure tenue thermique que la plupart des thermofusibles, combinée à de meilleures propriétés mécaniques et conviennent donc pour des applications plus sollicitées mécaniquement, comme par exemple dans l'automobile.

Objectifs de la technologie

[100tc]Contexte concurrentiel et économique

le collage structural trouve de plus en plus sa place parmi les méthode d'assemblage. Il améliore la performance globale des assemblages, optimise la définition des structures et permet souvent de simplifier les process industriels. Dans l'automobile en particulier, les enjeux du collage sont des structures (donc une réduction de la consommation et du coût du véhicule), et l'amélioration de l'acoustique, voire de l'esthétique du véhicule s'il est dessiné pour ce type d'assemblage.

[100tc]Fonctions remplies :

assemblage de matériaux pouvant être de natures différentes. Principaux avantages du collage : universalité (tous les matériaux peuvent être collés), tenue à la corrosion, continuité de la liaison (d'où une bonne rigidité et une bonne tenue en fatigue), amortissement des bruits et des vibrations, étanchéité assurée sans opération supplémentaire, allégement des structures, esthétique (absence de trous ou de sur-épaisseurs), suppression de la corrosion galvanique entre matériaux métalliques. Et souvent, gains en liberté de conception, en productivité, en finition et réductions de coût significatives.

Environnement technologique

[100tc]Technologies concurrentes :

méthodes traditionnelles d'assemblage telles que : soudage / brasage ; rivetage ; vissage ; boulonnage ; sertissage / agrafage ; emmanchement à force, à chaud ou à froid. Le collage est parfois utilisé en combinaison d'autres techniques (ex. soudage par points, rivetage, frettage, sertissage, clinchage...).

[100tc]Evolutions technologiques :

les progrès récents dans la préparation des surfaces avant collage sont dus essentiellement à : une meilleure explication des phénomènes d'adhésion et des mécanismes de dégradation des joints collés (nouvelles techniques d'analyse des surfaces) ; au développement de produits spéciaux (promoteurs et primaires d'adhérence, adhésifs spécifiques pour adhérer sur tôles grasses...). On cherche à substituer les opérations de dégraissage et de traitements chimiques en voie humide (qui posent des problèmes d'hygiène et sécurité et dont certains produits sont maintenant interdits, ex. T111) par des traitements en voie sèche (ex. plasmas froids, traitements lasers...).

Les formulateurs mettent au point de nouveaux produits qui sont des alliages de polymères, des co-polymères, des terpolymères, des polymères modifiés... afin de conjuguer les meilleures propriétés de chaque constituant. Des progrès dans les techniques de durcissement rapide des adhésifs (UV, HF, induction, infrarouge) qui facilitent l'industrialisation du collage (les temps de manipulation des pièces deviennent compatibles avec les cadences de production industrielles). En parallèle, des progrès dans les formulations de produits qui sont maintenant bien adaptés à ces méthodes de durcissement rapide.

Par ailleurs, l'approche du collage structural se fait plus scientifique, grâce à des logiciels de calcul, alors qu'il était jusqu'ici relativement empirique. En développement : des logiciels de calcul et de dimensionnement d'assemblages collés par des méthodes analytiques et par éléments finis, et de nouvelles méthodes d'essais pour caractériser les adhésifs.

Enfin, les recherches visent à contourner les inconvénients du collage telles que : tenue en température limitée (au-delà de 250 C, adhésifs difficiles à mettre en oeuvre) ; indémontabilité ; nécessité de préparer les surfaces (opération complexe pour certains matériaux) ; manque de recul pour prévoir la durabilité des assemblages collés.


- Programmes de recherche : au niveau européen : Aurêka-CARMAT (PSA + partenaires, dont le CETIM pour les assemblages collés) ; Eurêka-MOSAIC (Renault + partenaires) ; BRITE-ADENG (CETIM + partenaires GB) en collage structural. Au niveau national : GIS-Collage (PSA, Renault, CETIM, fournisseurs d'adhésifs) ; DRET (Aérospatiale, CETIM, ETCA, universitaires).

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