Le collage est l’une des premières techniques d’assemblage d’une structure que l’homme ait utilisé.
La fabrication des colles, adhésifs et mastics fait partie des industries qui ont le plus évolué ces dernières années, sous l’impulsion des besoins des utilisateurs et des préoccupations sanitaires et environnementales.
UNE EVOLUTION RAPIDE
Ce n’est qu’au début du XXe siècle que ce procédé est devenu une science avec l’apparition des premières colles synthétiques. Les premières applications de celles-ci ont été réalisées dans le domaine de l’aéronautique et ont ensuite été transposées dans le secteur industriel. Ce développement rapide a pour origine principale l’apparition de nouvelles résines, grâce aux progrès de la chimie des polymères.
Ces cinquante dernières années, les techniques de collage ont considérablement changé. Les besoins des utilisateurs, et les préoccupations sanitaires et environnementales ont accéléré l’évolution des produits.
L’industrie des colles, mastics et adhésifs fait également partie des plus réglementées en matière de substances et d’étiquetage. Depuis 1990 le secteur est passé de 19 à près de 1000 réglementations.
Des contraintes réglementaires que les fabricants ont très souvent anticipées pour parvenir à conjuguer productivité, performance, esthétisme et respect de l’environnement et de la santé.
Les évolutions technologiques des colles industrielles ont principalement porté sur la facilité et la rapidité de mise en œuvre ainsi que sur les besoins d’hygiène, de sécurité et d’environnement.
Quelques événements majeurs caractérisent les différentes familles :
- Formulation de thermofusibles (Hot-Melt réactifs), combinant rapidité de mise en oeuvre et performances mécaniques dans la famille des colles polyuréthanes monocomposants sans solvant (100 % extrait sec),
- Apparition des MS Polymères qui allient certains des avantages des silicones et des polyuréthanes sans présenter leurs inconvénients,
- Evolution de la facilité de mise en œuvre (initiation de la polymérisation par rayonnement U.V. pour certaines formulations) des silicones sans solvant, mono ou bicomposants, qui connaissent des problèmes d’anti-adhérence après polymérisation toujours non résolus,
- Améliorations de la facilité de mise en œuvre dans les différentes présentations des époxy, famille très riche, qui reste la colle structurale par excellence,
- Forte progression des colles UV qui touchent des applications de collage à cadence très élevée. Les produits à base époxy (polymérisation cationique) qui permettent d’assembler des matériaux non transparents aux UV sont également en développement.
Environ 10 000 collages raccordent 8 000 mètres de tuyaux à l’aide de 5 000 joints, manchons, raccords coudés dans un immeuble de 50 étages.
En moyenne, 80 kg de colle dans le montage d’une automobile et 700 kg dans le montage de certains wagons.
UNE INNOVATION INDUSTRIELLE
Au cœur de l’innovation industrielle, la colle participe activement aux progrès économiques et industriels de nombreux secteurs. En constante évolution, elle offre des possibilités nouvelles chaque jour. Au-delà de sa fonction principale d’assemblage, elle a des exigences spécifiques selon les multiples applications auxquelles elle est destinée.
Longtemps considérée comme une solution rapide mais temporaire, la colle est maintenant utilisée comme une solution pratique et définitive. Bien adaptée à l’usage et aux matériaux, les colles modernes remplacent avantageusement les systèmes d’attaches et de fixations classiques.
De multiples utilisations qui exigent des performances techniques et conjuguent plusieurs qualités :
- Polyvalence
- Solidité (résistance aux hautes températures)
- Etanchéité
- Résistance adaptée aux matériaux
- Durabilité
- Gains de productivité permettant d’accroître profits et compétitivité
- Valeur ajoutée esthétique
Les performances des colles peuvent répondre aux demandes particulières.
Elles permettent par exemple :
- Une meilleure conservation dans le temps grâce à leurs propriétés d’étanchéité et d’anticorrosion et résistent durablement aux fluctuations de température, à l’humidité et aux environnements agressifs.
- Lorsqu’ils sont protégés par des colles, les circuits électroniques peuvent supporter des conditions atmosphériques, y compris l’humidité, et des températures de traitement comprises entre -40°C et +200°C. Dès lors, les soudures par collage des composants peuvent directement s’effectuer sur les circuits, ce qui améliore considérablement la productivité.
- Une vitre collée sur un immeuble peut supporter une pression de 100 kilos au cm² et résister à des températures de -40°C à +80°C.
- Avec 80 000 bouteilles à l’heure, les usines d’embouteillage modernes ont besoin de colles qui fixent instantanément les étiquettes – sans glisser, se déchirer, ou se plisser – et qui peuvent facilement être enlevées lors du recyclage.
- L’assemblage par collage est l’un des points forts dans la production de véhicules. Il permet d‘en réduire le poids et donc ses émissions de CO2. La technique d’assemblage est la plus efficace d’un point de vue énergétique.
LES MOTEURS DE L’INNOVATION
Dans le secteur des colles, adhésifs et mastics, les défis techniques et technologies tournent autour de trois axes principaux : (les points suivants sont à vérifier)
Améliorer la productivité pour obtenir une meilleure compétitivité des produits :
- Amélioration des conditions de mise en œuvre avec des prises rapides sous UV des adhésifs polymérisants (phénomène de durcissement de la matière au séchage)
- Evolution de la préparation des surfaces avant collage au profit de la « voie sèche » par laser notamment, en remplacement des traitements chimiques sur les métaux ou par l’utilisation de silanes
- Optimisation de la quantité de colle déposée pour une performance maximum
- Augmentation des cadences des machines
- Réduction des interventions de maintenance
Relever les défis techniques et technologiques liées aux spécificités sectorielles.
Le travail des ingénieurs en R&D est alors stimulé par une recherche sur plusieurs axes de progrès :
- Résistance thermique extrême
- Polyvalence, rapidité de collage
- Economie de produits
- Mécanismes de dégradation pour optimiser la durabilité
- Technique d’évaluation pour optimiser le vieillissement des couples de matériaux collés
- Facilité de démontage et de désassemblage
- Esthétisme
- Adhérence entre deux matériaux à priori incompatibles
- Confort, hygiène et sécurité
- Optimisation des emballages
- Facilité d’application
Renforcer le respect de la santé et l’environnement :
- Evolution constante des formulations
- Anticipation des réglementations
- Réduction des déchets d’emballages des colles : développement des concepts d’emballage éco dose et éco recharge dont l’enjeu est d’alléger le poids des produits et de limiter l’emballage (par exemple substituer le métal par le plastique) pour réduire les déchet.
LES RÉALISATIONS SPECTACULAIRES
Une hauteur de 828 m, grâce à une technologie silicone
Défi technologique majeur, BURJ KHALIFA, la tour la plus haute du monde, atteint la hauteur spectaculaire de 828 m ; c’est l’attraction de Dubaï. Construite avec d’immenses panneaux en verre et aluminium, autour d’un axe central, la tour peut résister aux conditions climatiques les plus imprévisibles, grâce à des technologies de colles et mastics à base de silicone.
Des rendements record…
Avec 80 000 bouteilles à l’heure, les usines d’embouteillage modernes ont besoin de colles qui fixent instantanément les étiquettes – sans glisser, se déchirer, ou se plisser, et qui peuvent facilement être enlevées lors du recyclage.1 500 enveloppes par minute pour la fabrication d’enveloppes, 8 000 livres par heure pour la fabrication d’ouvrages brochés, plus de 600 couches par minute pour la fabrication de couches bébés
La colle allège
Un vélo de compétition pesait 20 kilos en 1970 et n’en pèse plus que 8 kilos aujourd’hui.
Les technologies
- PU : Les colles PU sont constituées de polymères à base de polyuréthane. Elles peuvent être mono ou bi composantes et sont plus ou moins fluides. Elles offrent une résistance à l’humidité et à la chaleur et sont multi-matériaux. Elles offrent un collage souple.
- Epoxy : Les résines Epoxy sont des résines de collage structurantes le plus souvent bi-composant.
- Acryliques : Résine de collage le plus souvent en phase aqueuse.
- Autres :
– Les colles hot-melt sont des colles en émulsion à base de gélatine ou d’amidon.
– Hotmelt packaging
– Polymères, silicone, cyanoacrylate, anaérobie ?