Adhésion
Dans la performance des joints adhésifs, les propriétés physiques et chimiques de l’adhésif sont les facteurs les plus importants. Les types d’adhérents (c’est-à-dire les composants assemblés – par exemple, un alliage métallique, un plastique, un matériau composite) et la nature du prétraitement ou de l’apprêt de la surface sont également importants pour déterminer si le joint adhésif fonctionnera correctement. Ces trois facteurs – adhésif, adhérent et surface – ont un impact sur la durée de vie de la structure collée. Le comportement mécanique de la structure collée est à son tour influencé par les détails de la conception du joint et par la façon dont les charges appliquées sont transférées d’un adhérent à l’autre.
Implicite dans la formation d’un lien adhésif acceptable est la capacité de l’adhésif à mouiller et à se répandre sur les adhérences étant jointes. L’obtention d’un tel contact moléculaire interfacial est une première étape nécessaire à la formation de joints adhésifs solides et stables. Une fois le mouillage obtenu, des forces adhésives intrinsèques sont générées à travers l’interface par un certain nombre de mécanismes. La nature précise de ces mécanismes a fait l’objet d’études physiques et chimiques depuis au moins les années 1960, ce qui a donné lieu à un certain nombre de théories de l’adhésion. Le principal mécanisme d’adhésion est expliqué par la théorie de l’adsorption, selon laquelle les substances adhèrent principalement en raison d’un contact intermoléculaire intime. Dans les joints adhésifs, ce contact est atteint par des forces intermoléculaires ou de valence exercées par les molécules dans les couches de surface de l’adhésif et de l’adhérent.
En plus de l’adsorption, quatre autres mécanismes d’adhésion ont été proposés. Le premier, l’emboîtement mécanique, se produit lorsque l’adhésif s’écoule dans les pores de la surface de l’adhérent ou autour des projections sur la surface. Le deuxième, l’interdiffusion, se produit lorsque l’adhésif liquide se dissout et se diffuse dans les matériaux adhérents. Dans le troisième mécanisme, l’adsorption et la réaction de surface, le collage se produit lorsque les molécules d’adhésif s’adsorbent sur une surface solide et réagissent chimiquement avec elle. En raison de la réaction chimique, ce processus diffère dans une certaine mesure de la simple adsorption, décrite ci-dessus, bien que certains chercheurs considèrent que la réaction chimique fait partie d’un processus d’adsorption total et non d’un mécanisme d’adhésion distinct. Enfin, la théorie de l’attraction électronique, ou électrostatique, suggère que des forces électrostatiques se développent à l’interface entre des matériaux ayant des structures de bandes électroniques différentes. En général, plus d’un de ces mécanismes joue un rôle dans l’obtention du niveau d’adhésion souhaité pour divers types d’adhésif et d’adhérent.
Dans la formation d’un lien adhésif, une zone de transition apparaît à l’interface entre l’adhérent et l’adhésif. Dans cette zone, appelée interphase, les propriétés chimiques et physiques de l’adhésif peuvent être considérablement différentes de celles des parties sans contact. On pense généralement que la composition de l’interphase contrôle la durabilité et la résistance d’un joint adhésif et est principalement responsable du transfert de la contrainte d’un adhérent à l’autre. La région de l’interphase est fréquemment le site de l’attaque environnementale, conduisant à la rupture du joint.
La résistance des liens adhésifs est généralement déterminée par des tests destructifs, qui mesurent les contraintes mises en place au point ou à la ligne de fracture de la pièce à tester. Diverses méthodes d’essai sont employées, notamment des essais de pelage, de cisaillement par recouvrement de traction, de clivage et de fatigue. Ces essais sont réalisés sur une large gamme de températures et dans diverses conditions environnementales. Une autre méthode de caractérisation d’un joint adhésif consiste à déterminer l’énergie dépensée lors du clivage d’une unité de surface de l’interphase. Les conclusions tirées de ces calculs d’énergie sont, en principe, complètement équivalentes à celles tirées de l’analyse des contraintes.