Academic literature on the topic 'Adhésifs structurels'

Le collage structurel est largement utilisé dans l'industrie automobile pour garantir des propriétés comme la résistance crash et l'assemblage de différents types et épaisseurs de matériaux. ArcelorMittal, fabricant d'acier, a développé de nouveaux revêtements anticorrosion ZnMgAl, qui doivent être compatibles avec les adhésifs crash. Une nouvelle génération de colle crash a énormément augmenté l’adhérence de la colle sur ces revêtements par rapport à l'ancienne génération de colles. Ces nouvelles colles contiennent deux nouveaux composants : des silanes et des billes de verre. Des colles modèles, de formulation simplifiée, ont été développées pour comprendre l'impact de ces nouveaux composants sur l’adhérence. La caractérisation des aciers revêtus a été réalisée pour corréler la chimie de surface à l’adhérence. Les aciers revêtus ont été modélisés par des substrats métalliques purs, à savoir du zinc, magnésium et aluminium. Des monocouches auto-assemblées (SAMs) terminées par des fonctions hydroxyles ont également été développés pour contrôler la densité des hydroxyles de surface sans impacter la rugosité de surface et pouvoir ensuite étudier l’importance de la densité surfacique des hydroxyles sur l'adhérence des colles crash par des tests de pelage. Ces essais ont révélé qu'une densité minimale d’hydroxyles est requise pour une bonne adhésion. L'effet de l'incorporation des billes de verre dans les nouvelles colles sur le comportement des joints de colle a été étudiée expérimentalement et numériquement. Ces charges modifient les faciès de rupture sans réduire la résistance au cisaillement<br>Adhesive bonding is widely used in automotive industry as joining technique to ensure features as fatigue resistance and the assembly of different materials types and thicknesses. ArcelorMittal as steel manufacturer developed new anticorrosion coatings ZnMgAl, which must be compatible with epoxy adhesives. A new generation of crash adhesives greatly increases the adhesive properties on these new coatings in comparison to former adhesives. These adhesives contain two new components: silanes and glass beads. Model adhesives with simplified composition were formulated to understand how each of these components impact on adhesion properties on metallic substrates. Moreover, the surface of coated steels has been characterized to correlate surface chemistry and adhesion, particularly as for the presence of hydroxyl groups at the extreme surface. Coated steels were modelled by pure metallic substrates, constituting their surface chemical domains, namely zinc, magnesium and aluminum. Self-assembled monolayers (SAMs) terminated with hydroxyl groups were also developed to control the surface density of hydroxyl groups without impacting surface roughness and to evaluate the importance of the surface density of hydroxyl groups on the adhesion of crash adhesives. This was studied by peel tests, revealing that a minimal density of hydroxyl groups is required for obtaining good adhesion properties. Finally, the influence of glass beads incorporation in new adhesives was studied both experimentally and numerically to understand how it changes failure patterns without reducing shear strength

Le mémoire présente l'élaboration d'Adhésifs Sensibles à la Pression (PSA) non formulés, pouvant développer du tack de façon intrinsèque. Dans ce but, des latex à base de méthacrylate de méthyle (MMA) et d'acrylate de 2-éthylhexyle (AEH) ont été synthétisés par copolymérisation radicalaire en émulsion. L'ajustement de la composition de l'alimentation et la maîtrise du mode d'alimentation (Batch ou Semi-Continu) du réacteur en comonomères ont permis de contrôler la distribution de la composition chimique dans les particules de latex celle-ci peut varier d'une distribution statistique des unités MMA et AEH à une distribution évoluant selon un gradient de composition (riche en MMA au coeur et riche en AEH en périphérie des particules) plus ou moins marqué. Les films formés ensuite, par coalescence des latex "structurés", possèdent différents degrés d'hétérogénéité, dont l'influence sur les propriétés rhéologiques et adhésives (notamment les propriétés de tack) est mise en évidence. L'établissement des corrélations entre la structure des films et leurs propriétés de tack montre qu'un film homogène supporte des déformations élevées lors du test de tack, associées à des phénomènes de fibrillation ; au-delà d'un seuil, la cohésion de ce type de film devient insuffisante. Pour les films plus hétérogènes, la présence de micro-domaines riches en unités MMA dispersés dans une matrice riche en unités AEH améliore la cohésion, à condition que les inclusions soient compatibilisées avec la matrice, notamment par des chaînes copolymères de composition intermédiaire.

Nous avons étudié les propriétés d'adhésion et de déformation de films de polymères adhésifs préparés à partir de particules de latex nanostructurées. Une méthodologie basée sur deux critères rhéologiques et applicable à tout type de PSA a été proposée pour optimiser les performances adhésives. Elle nous a permis d'identifier des stratégies permettant d'améliorer le compromis entre propriétés adhésives et cohésives dans le cas particulier de PSA préparés à partir de particules de latex ayant une morphologie cœur-écorce. Une stratégie intéressante est l'activation d'une réaction de réticulation interparticule pendant le séchage du latex. Nous avons fait varier l'hétérogénéité du réseau tout en gardant constante la composition en monomères. Nous avons montré l'effet remarquable de cette réaction de réticulation sur les propriétés en grandes déformations de nos matériaux. Ces propriétés sont assez bien décrites par un modèle non-linéaire combinant le modèle de Maxwell sur convecté et le modèle de Gent. Les meilleurs résultats d'adhésion sont obtenus pour des matériaux caractérisés par un net ramollissement à déformations intermédiaires suivi d'un rhéodurcissement. Ce comportement est notamment obtenu pour des PSA préparés à partir de particules de latex ayant une fine écorce assez réticulée et un cœur très mou. Dans un registre plus industriel, des performances adhésives prometteuses ont été obtenues avec des PSA préparés à partir de latex tackifiés in situ synthétisés par polymérisation en miniémulsion.

L'objet de ce mémoire de thèse est l'étude des propriétés de l'adhésif structural EA 9689 lors de son utilisation à température élevée. Cet adhésif époxyde est utilisé dans l'industrie aéronautique pour le collage des inverseurs de poussée et pour la réalisation de structures sandwichs. Notre étude porte principalement sur deux aspects, la dégradation thermique et le fluage.<br />L'étude du comportement en température nous a permis de proposer un schéma réactionnel de dégradation thermique impliquant différents mécanismes moléculaires. L'effet principal est une dépolymérisation thermolytique qui conduit à une plastification du réseau. Nous avons montré que les molécules plastifiantes avaient une structure très proche de celles des durcisseurs. Il y a ensuite migration de ces molécules plastifiantes du cœur vers la surface des échantillons. En surface, ces molécules ont un comportement différent selon les conditions de vieillissement. Parallèlement à ces phénomènes, il y aurait des recombinaisons moléculaires au sein du réseau qui conduisent à la formation d'une structure thermiquement plus stable. Cette espèce thermostable nécessite de l'oxygène pour être dégradée selon un mécanisme de thermo-oxydation. Notre étude a également porté sur l'évolution de la température de transition vitreuse au cours du vieillissement thermique. Nous avons ainsi mis en évidence une évolution complexe caractérisée par une diminution de la Tg au cours du vieillissement suivie d'une augmentation.<br />L'étude du comportement mécanique de l'EA 9689 et d'assemblages collés acier/colle/acier nous a permis de mieux comprendre les potentialités de cet adhésif structural, mais aussi de proposer différentes hypothèses sur les mécanismes moléculaires responsables du fluage. Nous avons ainsi montré que les propriétés mécaniques de cet adhésif étaient très bonnes jusqu'à des températures d'environ 150°C. Au delà de cette température, on note une chute importante des propriétés mécaniques que l'on peut expliquer par un accroissement du caractère viscoélastique du polymère, et ceci alors même que la Tg est à une température bien supérieure (environ 230°C). Nous notons que les propriétés des assemblages collés sont intimement liées à la nature, et donc à la résistance, de l'interphase adhésif/substrat et qu'il est donc impossible de préjuger de la résistance de joints sans connaître au préalable celle de l'interphase formée. Nous nous sommes intéressé aux trois stades du comportement en fluage en portant une attention particulière sur le fluage stationnaire au cours duquel la vitesse de déformation est constante. Nous avons ainsi développé un modèle simple pour représenter l'évolution de la vitesse de fluage stationnaire avec la contrainte et la température. Ce modèle nous a permis de faire différentes hypothèses sur la nature des mécanismes de déformation par fluage. Nous postulons ainsi que dans des conditions "douces" (température et contrainte faibles), la déformation au cours du fluage stationnaire serait provoquée par des mouvements locaux des segments de chaînes identiques à ceux décrits pour expliquer la transition . En conditions de fluage plus "sévères" (température et/ou contrainte élevée), la déformation stationnaire serait due à des mouvements des chaînes macromoléculaires sur de longues distances analogues à ceux proposés pour la transition vitreuse.

Cette thèse s’intéresse au rapport entre la forme et la géométrie d’un objet. Elle s’articule autour de 3 chapitres. Dans le premier, nous utilisons des "polymères électro-actifs", des systèmes capables de se déformer dans le plan lorsqu’ils sont soumis à un champ électrique,pour mimer une sorte de croissance biologique. Nous avons regardé comment une croissance inhomogène pouvait déclencher une instabilité de flambage dans une plaque électro-active.Nous avons ensuite cherché à contrôler de manière locale la croissance, dans l’espoir d’obtenir des objets capables de changer de forme sur commande. Dans le deuxième chapitre, nous nous avons étudié un problème inverse : au lieu de chercher à donner une nouvelle forme naturelle à l’objet, nous le forçons à adopter une forme qui ne lui est pas naturelle. Nous avons aplati des coques élastiques hémisphériques. La transformation d’une sphère en plan n’étant pas isométrique, cette opération crée des contraintes dans l’objet. Il se produit alors une instabilité mécanique que nous avons étudiée. Enfin, nous nous sommes penchés sur le problème des "lentilles de contact" en nous demandant si l’on pouvait coller l’une sur l’autre deux portions de sphères ayant des courbures différentes. Ici encore, la différence de courbure de Gauss entre les deux surfaces conduit à des motifs d’instabilités dans la coque élastique<br>From a general point of view, my thesis deals with the links between the geometry and the shape of an object. It is composed of three main chapters. In the first one, we use "electro-active polymers", systems that undergo planar expansion when submitted to an electric field, to mimic a kind of biological growth. We looked at how an inhomogeneous growth can trigger buckling instability in this electro-active plate. We then tried to control locally this growth, hoping to create objects that can change shape on command. In the second chapter, we studied the opposite problem: instead of giving it a new natural shape, we force the object in adopting a non natural shape. We squashed hemispherical elastic caps. Changing a sphere into a plane is not an isometrical transformation, this operation thus creates strains in the object. We studied the mecanical instability hence produced. Finally we focused on the "contact lens" problem by wondering if it is possible to stick two spherical caps having different curvature. Here again, the mismatch of Gaussian curvature leads to patterns of instability in the elastic shell

L'assemblage metal/adhesif/metal considere dans ce travail est constitue de deux substrats en acier inoxydable (z6 cn 18-9) et d'un adhesif en film (fm 96). La reticulation au sein du joint colle est suivie par des methodes non destructives: in situ par impedancemetrie electrique et ex situ par analyse thermomecanique dynamique. Des tests mecaniques de traction-cisaillement et de flexion trois points ont permis d'evaluer les performances mecaniques de ces assemblages. L'etude en continu de la reticulation montre que le minimum de viscosite est associe a une resistance electrique minimale et a une constante dielectrique maximale. La fin de la reaction est detectee lorsque ces parametres ne varient plus. On observe egalement en fin de polymerisation un phenomene de separation de phases. Le role important du traitement de surface prealable de l'acier et de l'epaisseur du film d'adhesif sur les proprietes du joint est mis en evidence par les modifications de la temperature de transition vitreuse et de la constante dielectrique. Les resultats montrent l'existence a proximite immediate du metal d'une zone de forte densite de reticulation. Le comportement de ces joints en atmosphere chaude et humide est etudie en suivant l'evolution des parametres electriques et viscoelastiques de l'assemblage en fonction de la duree du vieillissement. On peut ainsi mettre en evidence la presence d'une eau structurale et d'une eau libre, responsables des phenomenes de gonflement, de plastification et de degradation. La presence de la zone fortement reticulee a proximite du metal, confere au joint colle, en limitant la diffusion de l'eau, une meilleure durabilite

Le travail présenté dans cette thèse a été élaboré autour d’un objectif de développement industriel : augmenter la résistance d’emballages métalliques alimentaires équipés d’un système de fermeture pelable lorsqu’ils sont soumis à la pression interne due à la stérilisation. La partie critique du système de fermeture est la zone thermo-scellée, couche mince d’environ 20µm d’épaisseur faite d’un mélange de polypropylène et de polyéthylène, réalisant la liaison entre l’aluminium de l’opercule et celui du corps principal de la boîte. Plusieurs améliorations technologiques sont proposées à partir de modifications des géométries de la zone scellée, de l’opercule et de la fermeture. En parallèle, des études plus fondamentales ont été menées sur l’hétérogénéité de la distribution des contraintes dans la zone scellée. Pour le cas élastique, un critère qualitatif d’homogénéité de cette distribution a été dégagé. Les essais de fluage sur zones scellées à température élevée, analysés dans l’hypothèse d’une contrainte uniforme, se sont avérés insatisfaisants. Les mesures de déformation locales à température élevées étaient nécessaires mais difficiles à cause du grand rapport longueur sur épaisseur. Elles ont permis de confirmer l’hétérogénéité de la déformation le long du scellage. Deux mécanismes ont pu être observés : premièrement, une déformation de cisaillement modérément hétérogène observable le long de l’ensemble de la zone ; deuxièmement, une déformation localisée initiée par la déformation plastique de l’aluminium de l’opercule. Ce deuxième mode, très localisé, est susceptible de se propager dans la zone scellée et de conduire à la rupture de celle-ci. La nature hétérogène, voire localisée, des déformations observées ont rendu l’analyse des propriétés mécaniques de l’adhésif particulièrement difficiles<br>The work presented in this thesis has been created around an industrial development target: increase the internal pressure resistance of a metal food container with a peelable closure during sterilization processes. The critical part of the closure is the thermo-sealed zone of the aluminium membrane and the metal ring. The seal and peel medium is a thin layer (20 µm) of polypropylene and polyethylene. Improvements are proposed by geometrical changes in the sealing, membrane and closure. More fundamental research was done on the heterogeneity of the stress distributions in the sealed zone, adhesively bonded zone. For the elastic case, a qualitative homogeneity criterium for the shear stress distribution in the adhesively bonded zone was derived. Under the assumption of homogeneous stress distributions, global shear creep measurements at elevated temperatures on the sealed zone gave unsatisfactory results. Local deformation measurements at elevated temperatures were necessary but difficult because of the seal- width / thickness ratio of around hundred. The local deformation observations proved the heterogeneity of the deformation along the sealing. Two deformation mechanisms were observed. First, the shear deformation along the whole sealing, this deformation is likely to be heterogeneous. Second, a local deformation initiated by plastic deformation in the aluminium membrane. The second deformation mechanism has a local character and might create a failure in the sealing with a propagating character along the sealing. The heterogeneous or even local character of the observed deformations made quantitative analysis of the adhesive properties very difficult

Des particules polyuréthane (PUR) de type "coeur-écorce" ont été élaborées par des techniques dispersives en présence d'agents stabilisants polymères réactifs (surfmers). Ces derniers de nature chimique polystyrène, polybutadiène ou poly(acrylate de n-butyle) et porteurs d'une ou deux fonctions hydroxyle en bout de chine ont été synthétisés par polymérisations anionique "vivante" et radicalaire "contrôlée". L'influence de la masse molaire, de la valence et de la concentration en agent stabilisant, sur la taille moyenne des particules PUR obtenues, a été analysée et discutée. Les particules constituées d'un coeur polyuréthane et d'une écorce poly(acrylate de n-butyle) trouvent des applications originales dans le domaine des adhésifs sensibles à la pression (PSA).

L'objectif de cette thèse est la caractérisation du comportement en fluage des assemblages collés constitués d'un adhésif époxyde-imide « haute température » et d'un substrat en acier inoxydable. Nous avons étudié les effets de la température, de l'environnement et de la charge appliquée sur la microstructure du polymère et la tenue dès l'assemblages collés. L'étude du fluage d'adhésif massique a montré que le polymère subit des modifications physico-chimiques produisant une diminution de la sa Tg, sous l'effet combiné de la contrainte, de la température et de l'environnement. Ces évolutions microstructurales sont associées à une scission de liaisons macromoléculaires dûe à l'oxydation du polymère et favorisée par l'application de la contrainte. L'oxydation, sans contrainte, reste localisée près de la surface de l’adhésif massique et conduit à la formation d'une couche dégradée passivante. La présence du tissu de verre (support) et la formation de fissures favorisent l'oxydation à coeur du matériau. Des effets similaires sont observés sur les assemblages collés. La vitesse de déformation en fluage des joints structuraux est gouvernée par deux mécanismes macromoléculaires majoritaires suivant les conditions de température et de charge appliquées. Le fluage à faible température et/ou contrainte se caractérise par une faible vitesse de déformation (processus 1, faible mobilité moléculaire). En revanche, lorsque les conditions de fluages sont trop sévères, la forte mobilité moléculaire (processus 2) conduit à des vitesses de déformation plus élevées. L'activation du mécanisme 2 semble liée à une oxydation du joint d’adhésif conduisant à une scission de liaisons macromoléculaires et à une diminution de la Tg de l’adhésif. Enfin, l'oxydation interfaciale des assemblages collés intervenant durant le fluage, affaiblit les liaisons polymère/métal et diminue la durée de vie des assemblages collés<br>The aim of this thesis is to characterise the creep behaviour of structural joints composed of an epoxy-imide high temperature adhesive and stainless steel substrates. We have studied the effects of temperature, environment and applied load on the microstructure of the bulk adhesive and on the durability of the structural joint. Study of the creep behaviour of the bulk adhesive has shown physico-chemical changes due to the combinaison of stress, temperature and environment. Modification result in a decrease of Tg. We have attributed these microstructural changes to chain scission due to oxidation of the polymer, assisted by creep stress. Oxidation, without applied stress, seems only to occur near the surface of bulk material and produces a ''passivating" layer which limits degradation rate. However, the presence of a glass fibre support and the formation of cracks facilitate bulk oxidation. Similar microstructural changes have been observed on the adhesive joints. Creep strain rate seems to be governed by two mechanisms depending on conditions. At low temperature and/or low stress, creep is characterised by reduced molecular mobility and a low strain rate (mechanism 1). When creep conditions are severe, molecular mobility increases and therefore strain rate increase (mechanism 2). The activation of mechanism 2 has been attributed to oxidation of the adhesive, leading to macromolecular chain scission and a decrease of Tg of the adhesive. Finally, during the creep of structural joints, interfacial oxidation weakens the adhesive/substrates bonding thus shortening joint life