Brevet FR2223441A1 — publié le 19741025

La présente invention concerne un procédé visant à assurer une grande résistance au décollement des collages a'objets plats, dont au moins un est formé d'un matériau pouvant s'allonger plastiquement et/ou élastiquement par traction, en particulier lorsqu'il s'agit d'un substrat métallique sur lequel est collée une couche de matière synthétique thermoplastique. Lorsqu'on applique un effort de décollement à un collage de deux couches, par exemple au collage entre une plaque métallique et une couche de matière synthétique thermoplastique que l'on a appliquée par fusion en place, la force appliquée pour le décollement est transmise, par l'intermédiaire d'un bras de levier dont la longueur dépend de la rigidité de la couche la moins rigide, à la zone de rupture qui progresse dans le sens de décollement et dans laquelle les couches se séparent l'une de l'autre. Dans le cas de couches flexibles qui sont formées d'un matériau pouvant facilement s'allonger élastiquement et/ou plastiquement par traction, une part notable de la force de décollement est déjà absorbée par une surface étroite située devant la zone de rupture et où il existe des conditions de traction frontale. En pareil cas, pour une adhérence égale, grâce à un bras de levier plus court et à l'établissement partiel de conditions de traction frontale, on obtient de plus grandes résistances au décollement que dans le cas de couches flexibles difficiles à allonger. Dans la technique du collage, il est connu de disposer, entre une couche rigide et une couche flexible, éventuellement aussi extensible, une couche intermédiaire particulièrement extensible formée dtun matériau dont l'allongement à la rupture et la charge de rupture sont aussi grands que possible. De cette manière,on crée ou on étend une surface de traction frontale devant la ligne de rupture et on augmente donc la résistance au décollement du collage. Ces conditions se présentent, par exemple, dans le cas connu où l'on revêt d'une couche de matière synthétique thermoplastique un tube d'acier en utilisant comme couche intermédiaire un produit de polymérisation d'éthylène qui sert d'adhésif fusible.On peut alors augmenter la résistance au décollement entre certaines limites en donnant à cette couche intermédiaire une épaisseur aussi grande que possible, car ainsi, la surface de traction frontale devient aussi particulièrement grande. Mais l'inconvénient est la consommation, accrue en conséquence, de matière de couche intermédiaire relativement conteuse. Il est connu aussi, dans l'application par fusion de polyéthylène sur une surface métallique, de faire en sorte que la couche flexible extensible de polyéthylène ainsi formée contienne, au voisinage du substrat, de nombreuses bulles de gaz situées approximativement dans un plan. quand un tel assemblage de couches est soumis à un effort de décollement, les ponts à section, le plus souvent triangulaires, situés entre les bulles de gaz et collés au substrat métallique, s'allongent entre la partie principale de la couche de polyéthylène et la surface limite de celle-ci, et une traction frontale pure est exercée sur les surfaces d'adhérence, de leur pied qui s'élargit, jusqu'en dessous des bulles. Ici encore, devant la rupture qui progresse lors du décollement, il se constitue une surface de traction frontale qui absorbe la majeure partie de la force appliquée.Ainsi, grâce à la présence de ces bulles de gaz, on peut obtenir un collage ayant une plus grande résistance au décollement que pour les collages dans lesquels la force de décollement agit simplement sur une zone de rupture linéaire. L'inconvénient d'un collage de ce genre réside dans la difficulté de former les bulles de gaz lorsqu'on applique pår fusion la matière thermoplastique, car il faut respecter un intervalle étroit de température, adapté à la matière thermoplastique. D'une part, il faut pour cela chauffer le substrat métallique assez fortement pour que les bulles de gaz se forment dans la matière thermoplastique qui fond. Cette température nécessaire dépend de la nature de la matière thermoplastique utilisée.Par exemple, avant d'appliquer par fusion un polyéthylène du type "Bupolen 1810 H" sur une tôle d'acier de 4,5 mm d'épaisseur, il faut chauffer celle-ci à 3150C pour constituer une couche de bulles de gaz "sans lacunes", D'autre part, Si la température initiale est encore plus élevée ou si le refroidissement est particulièrement lent pendant la première partie de l'application, le polyéthylène se décompose et son adhérence à l'acier devient notablement moindre. Ces inconvénients sont éliminés grâce à l'invention. Celleci a pour but de fournir un procédé qui permet d'augmenter notablement, de façon simple et peu coûteuse, la résistance au décollement de collages de deux ou plusieurs couches dont au moins une est formée d'un matériau pouvant s'allonger plastiquement et/ou élastiquement par traction0 Selon l'invention, ce problème est résolu par le fait que dans la couche formée de matériau extensible, on introduit, avec une disposition en nappe, près de la surface de collage et/ou tout contre celle-ci, de petits corps étrangers liquides et/ou solides arrondis, peu espacés les uns des autres.Grâce à ces corps étrangers introduits, la couche est divisée, defaçon analogue à ce qui se passe avec les susdites bulles de gaz, en un grand nombre d'éléments en forme de colonnes ou de ponts dont le pied adhère à l'autre couche adjacente ou substrat. Selon un mode d'exécution, on ajoute les corps étrangers au matériau principal extensible avant ou pendant la formation de la couche. De préférence, on les introduit dans la couche en quantité telle qu'ils remplissent environ 2,5 à 20 % de ltépais- seur de celle-ci. Selon un autre mode d'exécution, on utilise des corps étrangers dont l'épaisseur représente environ 2,5 à 20 % de celle de'la couche. Si la couche extensible a, par exemple, une épaisseur de 2 mm, on peut utiliser de façon particulièrement avantageuse des inclusions de 50 à 400 > L d'épaisseur, introduites dans une partie de la couche qui a une épaisseur de 100 à 400 p.De préférence, on utilise une quantité d'inclusions assez grande pour que la projection imaginaire des corps introduits sur la surface de collage occupe 10 à 70 % de celle-ci, mais cette proportion de surface occupée peut être inférieure ou également supérieure, dans des cas spéciaux elle peut aller Jusqu'à 100 %, par exemple lorsque les corps étrangers sont introduits de façon étagée plus ou moins régulièrement. Une telle disposition a pour effet que lorsqu'un effort de décollement est appliqué au collage, il ne se constitue pas à la surface de collage une ligne de rupture continue, même microscopiquement. Au lieu de cela, les parties de la matière principale de la couche qui remplissent les espacements entre les inclusions, sous la forme de colonnes éventuellement ramifiées, s'allongent lorsda décollement et exercent par leur pied une traction frontale sur la surface de collage0 Ainsi, devant la rupture qui progresse lors du décollement, il se constitue une surface de traction frontale au-dessus de laquelle sont tendus des cordons formés de la matière principale de la couche et allongés dans une mesure variable : peu allongés à l'avSnt,plus allongés au milieu et allongés jusqutà la rupture à l'arriere. Comme corps d'inclusion , on peut utiliser, selon l'invention, des particules de substances auxcuelles le matériau de la couche extensible adhère moins bien qu'à la surface de la couche voisine avec laquelle il s'agit d'établir le collage, par exemple, dans le cas d'une couche de polyéthylène appliquée par fusion sur de l'acier, on peut introduire de petites perles de verre, du sable de mer ou de petits grains de zinc. Si un tel assemblage est soumis à un effort de décollement, le matériau de la couche extensible se sépare facilement des corps étrangers et l'apparence tridimentionnelle est pratiquement la même qu'avec les bulles de gaz incluses. On obtient le même effet si, selon une autre proposition de l'invention, on utilise comme corps étrangers des gouttelettes d'huile de silicone, de bitume ou de corps liquides similaires à point d'ébullition élevé.Il est évident que les conditions mécaniques dans une couche allongée contenant des gouttelettes-de liquide incluses sont analogues à celles d'une couche contenant des bulles de gaz ; en pareil cas, il suffit de veiller à ce que le liquide ne touche pas la surface de collage elle-mêmencar il Jouerait alors le rôle d'un agent de séparation de couches. Selon l'invention, on peut aussi utiliser des corps étrangers auxquels le matériau de la couche extensible adhère aussi bien ou même mieux qu'au substrat, par exemple des corps formés de substances poreuses dans la surface desquelles le matériau de la couche peut s'ancrer, par exemple de la sciure etc. Dans le cas où la matière principale extensible d'une couche adhère bien à des corps d'inclusion rigides, elle se sépare préférentiellement de ceux-ci, lors du décollement, par leur surface opposée au substrat. C'est aussi le cas lorsque l'adhérence de la matière principale aux corps d'inclusion est plus forte que son adhérence à la surfacé de collage. En pareil cas, un gain de résistance au décollement est assuré, non seulement par l'allongement de la matière principale qui remplit les espacements entre inclusions, mais encore par le travail que nécessite la séparation entre la matière principale et le haut des inclusions.Donc, étant donné que cette partie occupée de la surface de la couche cause aussi une augmentation de la résistance au décollement, on peut avantageusement, en pareil cas, introduire des corps d'inclusion présentant une forme allongée dans la direction de l'effort de décollement ou une surface étendue parallèlement à la surface de collage, par exemple des plaquettes sans arêtes vives. Dans les exemples du tableau suivant, on indique des substances et des procédés de l'invention. Toutefois, il n1 est pas nécessaire que la couche flexible extensible soit formée d'une matière thermoplastique comme dans les exempleE,ni qu'elle soit formée par fusion de poudre de matière synthétique sur le substrat Entre autres, on peut aussi, par exemple, la préfabriquer par extrusion et l'appliquer sur le substrat généralement rigide et elle peut absorber en cet endroit les inclusions, ou encore cel les-ci peuvent entre déPà présentes en vertu de la préfabrication. EXEMPLES Les exemples ici donnés résultent d'expériences dans lesquelles, sur des plaques d'acier sablées de 6 mm d'épaisseur portées à une température initiale de 280 à 900C, on applique par fusion, sous forme de grains (grosseur 350 ), un polyéthylè ne de haute pression ayant une densité de 0, 918 et un indice de fusion de 1,6 g/10 mn (1900C, 2,16 kg)o TABLEAU Exemple Corps d'inclusion Mode d'introduction Epaisseur Résistance n de couche au décolledu PE, mm ment, N/cm 1 néant - 2,4 20 à 25 2 perles de verre, diamètre 100 mélangées aux grains de PE introduits 2,4 150 à 160 à 150 tout d'abord, rapport de poids verre : dont 0,6 PE = 40 : 60 à 0,9 contenant des inclusions 3 grains de zinc, diamètre maxi- dispersés après formation d'une couche de 2,2 95 mal 400 PE d'environ 0,3 mm, puis revêtus à nouveau de PE 4 anneaux de fil métallique (cui- enfoncés au moyen d'une butée élastique 2,3 130 à 140 vre argenté), diamètre exté- dans la couche qui a environ 0,3 mm d'épaisrieur 1,6 mm, intérieur 0,6 mm seur à ce moment, après quoi on continue disposition en carré, avec con- d'amener des grains de PE tact par endroite 5 huile de silicone ("M 40" de environ 2 % d'huile de sillicone mélangée 2,3 70 Bayer) au PE destiné au deuxième sixième de la couche (en partant de la aurface limite acier-PE) ; l'huile no doit pas arriver jusqu'à l'acier, sinon effet de séparation 6 huile de silicone ("M 40" de pulvérisée temporairement dans la couche 2,5 100 Bayer) en coure de développement TABLEAU (suite) Exemple Corps d'inclusion Mode d'introduction Epaisseur Résistance n de couche au décolledu PE, mm ment, N/cm 7 huile de silicone ("M 40" de enfoncée au moyen d'un cylindre à dessin 2,5 80 Bayer) grillagé dans la couche développé ; ensuite poureuite du revêtement 8 fragments de coquille d'ceuf inclusions poussées en couche simple, au 2,5 75 (épaisseur 300 environ, for- moyen d'une butée élastique, sur la parme irrégulière, diamètre maxi- tie la plus inférieure de la couche de mal 2 mm) PE, revêtement poursuivi ensuite Le dessin représente schématiquement un assemblage collé formé selon l'invention. Il montre en coupe une couche de polyéthylène 3 appliquée par fusion sur la surface 1 d'une plaque d'acier 2. Au voisinage de la surface d'acier, selon l'exemple 3, on a inclus en nappe des grains de zinc 4.La flèche 5 indique le sens de la force de décollement, la flèche 6 le sens de progression de la rupture lors du décollement. Comme on le voit, dans cet-effort de décollement, les ponts de polyéthylène 7 qui se trouvent entre les grains de zinc 4 s'allongent devant la zone de rupture. Leurs pieds collés à la surface d'acier 1 exercent sur celle-ci une traction frontale. Bu fait que l'on donne la préférence à des corps d'inclusions sans arêtes vives, on limite l'effet d'entaille aux surfaces de ces cordons et on augmente ainsi leur résistance. Ici encore, la surface de traction frontale absorbe une grande part de la force de décollement appliquée. La partie de la couche qui est occupée par les inclusions est incluse dans le collage proprement dit, et, lors du décollement, sur une unité de surface de l'assemblage collé, une plus grande quantité du matériau de la couche extensible s'allonge jusqu'à la rupture que dans le cas d'une couche dépourvue de ces inclusions. Le travail est d'autant plus grand et la force à appliquer est d'autant plus grande, les autres conditions étant similaires. Pour le principe de l'invention, il n'est pas nécessaire que la couche qui contient les inclusions soit la seule partie extensible et/ou flexible de l'assemblage, ni qu'une seule couche de l'assemblage soit munie d'inclusions. On peut aussi, par exemple, utiliser une telle couche pour coller, avec la plus grande résistance possible au décollement, d'autres couches éventuellement formées d'autres matières ; en particulier, dans ce cas, des inclusions peuvent être présentes dans les deux régions de la couche qui sont voisines de la surface limite ou bien être distribuées dans toute la couche. Un avantage de l'invention réside dans le fait qu'elle permet, en utilisant des substances très peu coûteuses, d'obtenir un accroissement notable de la résistance au décollement des collages. L'invention donne aussi un résultat avantageux pour la raison suivante; si l'on forme par fusion de polyéthylène, sur un objet d'acier chauffé, un revêtement qui doit avoir une grande résistance au décollement, l'intervalle de température de travail qui conviennent est plus grand, grâce à l'invention, que si l'on devait se borner à former une couche de bulles. Cela n'exclut nullement d'appliquer conjointement des bulles de gaz et d'autres inclusions. Un autre avantage réside dans le fait que la mesure visant à augmenter la résistance au décollement peut en même temps servir à d'autres buts ; par exemple, on peut choisir la substance des corps dtinclusions de façon telle qu'il en résulte des effets accessoires chimiques et/ou physiques, par exemple, de manière à combiner des substances nocives qui pénètrent dans l'assemblage de couche ou à obtenir une apparence esthétique. Le procédé selon l'invention convient particulièrement aussi au revêtement de tubes d'acier qui sont exposés, par exemple lors de la pose, à des efforts appréciables de décollement0 REVENflICATIONS 1.- Procédé visant à assurer une grande résistance au décollement des collages d'obJets plats dont au moins un est formé d'un matériau pouvant s'allonger plastiquement et/ou élastiquement par traction, en particulier dans le cas d'un substrat métallique sur lequel est collée une couche de matière synthétique thermoplastique, procédé caractérisé en ce que dans la couche formée de matériau extensible, on introduit, avec une disposition en nappe, près de la surface de collage et/ou tout contre celle-ci, de petits corps étrangers liquides ou solides arrondis, peu espacés les uns des autres. 2.- Procédé selon la revendication X, caractérisé en ce que l'on aJoute les corps étrangers au matériau principal extensible avant ou pendant la formation de la couche. 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on introduit les corps étrangers dans la couche, en quantité telle qu'ils remplissent environ 2,5 à 20 % de l'épaisseur de celle-ci. 4.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on utilise des corps étrangers dont l'épaisseur représente environ 2,5 à 20 % de l'épaisseur de la couche extensible. 5.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on utilise des corps étrangers auxquels le matériau de la couche extensible adhère moins bien qu'au substrat, par exemple, dans le cas d'une couche de polyéthylène sur un obJet d'acier, on introduit des perles de verre, du sable de mer ou des grains de zinc, 6.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on utilise comme corps étrangers des gouttelettes d'huile de silicone, de bitume ou de corps liquides similaires, à point d'ébullition élevé. 7.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on utilise des corps étrangers auxquels le matériau de la couche extensible adhère aussi bien ou mieux qu'au substrat, par exemple, des corps étrangers à surface particulièrement poreuse, comme la sciure, etc. 8.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 et 7, caractérisé en ce que l'on introduit dans la couche extensible des corps étrangers allongés dont l'axe longitudinal est, de préférence, situé dans la direction de décollement à prévoir. 9.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 et 7, caractérisé en ce que l'on introduit dans la couche extensible des corps étrangers en forme de plaquettes, de façon telle que le plan de leur plus grande extension soit parallèle à la surface de collage.