Développer des formules adhésives peut être un véritable défi. Le principal problème réside dans la nécessité de formules ciblées. De nombreuses matières premières adaptées doivent être combinées pour obtenir les propriétés souhaitées, ce qui nécessite des essais et des erreurs continus pour résoudre les contradictions inhérentes. En particulier lorsqu'il y a un goulot d'étranglement, l'introduction d'une option supplémentaire peut conduire à une avancée significative.
Principales difficultés dans le développement de formules adhésives
Les défis liés à la création de formules adhésives peuvent être mieux compris à l'aide d'exemples pratiques. Tang Long et al. ont exploré une nouvelle méthode de développement de formules spécifiquement pour les composants polyols dans les adhésifs polyuréthanes à deux composants. Leur approche visait à équilibrer le compromis de performance entre une faible dureté et une force de liaison élevée.
Optimisation des matières premières
Les auteurs ont commencé par utiliser une méthode expérimentale orthogonale pour optimiser les types de matières premières utilisées. Cette étape s'est avérée cruciale pour identifier les composants les plus adaptés à la formulation de l'adhésif.
Ratios de réglage fin
Ils ont ensuite utilisé la conception expérimentale personnalisée de JMP pour optimiser les ratios des matières premières sélectionnées. Cette méthode permet d'éviter efficacement le défi courant consistant à traiter simultanément les deux types de matériaux et les ratios dans le développement de formules conventionnelles.
Les résultats de leur étude démontrent que cette méthode innovante a répondu avec succès aux exigences contradictoires de faible dureté et de force de liaison élevée des adhésifs. Ils ont obtenu un adhésif polyuréthane caractérisé par :
- Dureté colloïdale: 40D
- Résistance à la traction et au cisaillement:11,34 MPa (feuille d'aluminium sur feuille d'aluminium)
- Force de liaison: 283,5 kPa/D par unité de dureté
L’expérience de développement est-elle terminée ? Pas tout à fait. Les auteurs ont noté que plusieurs « problèmes » demeurent, soulignant les difficultés persistantes dans le développement des formulations d’adhésifs. Ces défis sont souvent à l’origine d’innovations importantes.
L’importance d’évaluer les hypothèses erronées suivantes
Interaction entre les principales catégories:Le processus d’optimisation n’a pas pris en compte les interactions entre les différentes catégories de matières premières, qui peuvent affecter considérablement les réponses aux tests.
Propriétés physiques des matières premières:Des facteurs tels que la pureté, la teneur en humidité et l’uniformité des matières premières ont été négligés dans l’analyse, ce qui a potentiellement faussé les résultats.
Indépendance des effets des matières premières:L’hypothèse selon laquelle le type et la proportion de matières premières affectent les réponses aux tests de manière indépendante est erronée, car ces facteurs s’influencent souvent les uns les autres.
Compte tenu de ces incertitudes en matière de formulation, il est essentiel de trouver des moyens d’atténuer leur impact. Une stratégie efficace consiste à utiliser des facteurs relativement contrôlables pour compenser ces incertitudes.
Utilisation des charges dans les adhésifs
(1) Sélection de charges courantes
Le choix de charges largement utilisées, telles que le carbonate de calcium et la silice, peut améliorer les performances adhésives. Les charges minérales offrent non seulement une solution économique, mais offrent également une gamme variée de fonctions. Elles sont un élément essentiel de la formulation des adhésifs depuis des années, permettant un réglage précis des propriétés. Tang Long et al. ont souligné que dans leur étude, la gamme de résine de matrice et l'agent d'allongement de chaîne/de réticulation avaient l'effet le plus important sur les résultats des tests. L'additif rhéologique avait une influence secondaire, tandis que les charges avaient un impact significatif, positionné entre les effets primaires et secondaires.
Lors du choix des charges, la flexibilité est considérable et les charges traditionnelles constituent souvent le meilleur choix. Leur utilisation de longue date dans la production leur confère une meilleure rentabilité et une meilleure stabilité. Par exemple, le carbonate de calcium, connu pour sa finesse, son uniformité et sa grande blancheur, est largement utilisé comme charge dans les adhésifs.
Cui Lidong et al. ont mené des recherches en utilisant du carbonate de calcium de 850 mesh comme charge dans les adhésifs en émulsion pour le bois. Ils ont étudié les effets de différents rapports d'addition sur les performances de l'adhésif grâce à une méthode expérimentale à facteur unique. Les résultats ont indiqué que :
- Viscosité et dureté:Augmenté avec des rapports de carbonate de calcium plus élevés.
- Force de liaison:Initialement augmenté, puis diminué à des ratios plus élevés.
- Stabilité:Détérioré avec une teneur en charge accrue.
L'impact des charges sur les performances adhésives
Relation entre le taux d'addition de carbonate de calcium et la dureté Shore A
Zhou Xiao et al. ont étudié l'influence de la poudre de quartz comme charge dans les adhésifs polyuréthane monocomposants. Leurs résultats indiquent que la poudre de quartz présente une bonne compatibilité avec les systèmes polyuréthane, améliorant considérablement les propriétés telles que la résistance à la traction, l'allongement à la rupture et la résistance à la déchirure des produits adhésifs obtenus.
(2) Exploration des charges avancées : carbure de silicium et alumine
Li Zhaoyuan et al. ont utilisé du carbure de silicium cubique nano (β-SiC) comme charge pour développer des adhésifs inorganiques modifiés. Leurs expériences ont révélé qu'avec une teneur en charge de 40%, l'adhésif atteignait des performances remarquables :
- Résistance à la traction et au cisaillement: 13,5 MPa
- Nombre d'itérations de la durée de vie en fatigue: 67 cycles
- Résistance au pelage: 46,7 N/mm²
Ces résultats soulignent que la modification des nanoparticules peut améliorer considérablement les performances de liaison des adhésifs inorganiques, offrant une fiabilité supérieure dans diverses applications.
Chen Zeming et al. ont étudié les effets de diverses charges inorganiques, notamment la poudre de silice, l'Al₂O₃, la mullite, le nitrure de bore, la poudre de talc et le mica, sur des adhésifs à base de résine époxy modifiée. Leur étude a évalué l'influence de différents types et dosages de charges sur la force de liaison et l'interface de liaison. Les principales conclusions sont les suivantes :
Tendances en matière de force de liaison:La force de liaison augmentait initialement avec le dosage de la charge, puis diminuait à des niveaux plus élevés.
Performances de remplissage optimales:Parmi les charges testées, 15 parties d'Al₂O₃ ont donné les meilleurs résultats, atteignant des valeurs de résistance au cisaillement et au pelage de 22,42 MPa et 12,84 N/cm, respectivement.
L'ajout de charge Al₂O₃ facilite la formation de liaisons chimiques, telles que C-Al et Al-OC, qui réduisent la force de cohésion de la résine époxy modifiée. Cette amélioration augmente la force de liaison à l'interface adhésif-alliage d'aluminium, améliorant ainsi à la fois la résistance au pelage et au cisaillement.
(3) Étude systématique des charges dans les adhésifs
Les adhésifs structuraux acryliques à deux composants sont largement utilisés pour coller des matériaux métalliques et non métalliques dans diverses industries, notamment l'aérospatiale, l'automobile, la construction et l'électronique. Bien que les charges soient insolubles dans les systèmes adhésifs en raison de leurs propriétés inhérentes, des modifications peuvent améliorer l'interaction entre les charges et les adhésifs. Cette interaction améliore les propriétés mécaniques des adhésifs, augmente la viscosité et favorise une meilleure adhérence aux substrats.
Régulation des propriétés mécaniques
Les propriétés mécaniques sont essentielles pour la performance des structures acryliques adhésifs dans différentes applications. Les chercheurs ont proposé plusieurs stratégies pour améliorer ces propriétés, notamment l'incorporation de composés thermoplastiques et de charges inorganiques.
Régulation de la conductivité thermique
L'incorporation de charges inorganiques appropriées ayant des propriétés d'isolation électrique peut améliorer considérablement la conductivité thermique des systèmes adhésifs acryliques. Les charges appropriées comprennent :
- Hydroxyde d'aluminium
- L'hydroxyde de magnésium
- Oxyde d'aluminium
- Oxyde de magnésium
- Oxyde de zinc
- Dioxyde de silicium
- Dioxyde de titane
- Silicate de calcium
- Silicate d'aluminium
- Carbonate de calcium
- Nitrure de silicium
- Carbure de silicium
- Borate d'aluminium
De plus, les moustaches en carbure de silicium, en oxyde d'aluminium ou en borate d'aluminium peuvent améliorer la conductivité thermique et la résistance au feu de l'adhésif tout en conservant ses propriétés mécaniques et de durcissement.
Régulation de la résistance à l'humidité et à la chaleur
Liu Chengliang et al. ont présenté dans leur brevet une méthode de préparation d'adhésifs structuraux acryliques hautement résistants aux intempéries. En ajoutant 0 à 30 parties de charges inorganiques, telles que de la silice fumée, du carbonate de calcium et de la nano-alumine, aux composants A et B, l'adhésif a démontré des performances impressionnantes :
- Résistance à la traction et au cisaillement à température ambiante: 9,36 MPa (acier inoxydable/PMMA) et 10,35 MPa (magnésium/PMMA).
- Résistance à la traction et au cisaillement après vieillissement:Valeurs retenues de 9,83 MPa et 9,64 MPa après 2 semaines à 85°C et 85% d'humidité, avec des taux de rétention de 105% et 93%, respectivement.
Régulation de la résistance à la corrosion
L'utilisation d'adhésifs structuraux acryliques peut réduire ou éliminer le besoin d'opérations de finition coûteuses telles que le rivetage et le soudage, ce qui donne un aspect plus esthétique avec moins de trous ou de points de contrainte sujets à la corrosion. Différents métaux peuvent être collés avec un risque moindre de corrosion galvanique. L'amélioration de la résistance à la corrosion peut être obtenue en ajoutant des mélanges de molybdates métalliques (par exemple, le molybdate de zinc, le molybdate de calcium, le molybdate de baryum ou le molybdate de strontium) et des charges inertes telles que le phosphate de zinc, le phosphate de calcium et le phosphate de magnésium.
Réglementation des autres propriétés
En plus d'améliorer les propriétés mécaniques et thermiques, certaines charges inorganiques jouent un rôle essentiel en tant qu'agents thixotropes, épaississants et agents de renforcement. Elles peuvent modifier efficacement diverses caractéristiques des systèmes adhésifs structuraux acryliques à deux composants, notamment la densité, la viscosité et la thixotropie. Liu Suyu et al. ont développé une méthode de création d'un adhésif acrylique spécialement conçu pour le collage de plinthes automobiles. Dans cette formulation, le carbonate de calcium a été utilisé comme charge principale. L'inclusion de carbonate de calcium a conduit à plusieurs résultats bénéfiques :
- Thixotropie réduite:L'adhésif est devenu plus facile à appliquer et à gratter.
- Température exothermique inférieure:La température exothermique a été réduite de 115°C à moins de 85°C, favorisant un durcissement plus stable.
- Rétrécissement de durcissement minimisé:Le retrait de durcissement a été maintenu en dessous de 1%, réduisant ainsi efficacement le temps de construction.
Conclusion
Face aux défis liés à la formulation d'adhésifs, pensez à utiliser des charges inorganiques. Leur polyvalence peut apporter des solutions efficaces à divers problèmes.