Brevet FR2822159A1 — publié le 20020920

Adhésifs composites en bande et procédé de dépôt d'un tel adhésif La présente invention concerne des adhésifs composites en bande destinés à l'assemblage de pièces ainsi qu'un procédé d'application de ces adhésifs sur les pièces à assembler. L'utilisation d'adhésifs structuraux ou semi-structuraux pour l'assemblage d'éléments dans l'industrie automobile se heurte souvent à la nécessité de trouver des adhésifs remplissant plusieurs fonctions à la fois (étanchéité, amortissement, adhérence, rigidification), présentant une bonne résistance au vieillissement et qui sont faciles à mettre en oeuvre et à appliquer sur les pièces à assembler. L'obtention d'adhésifs présentant de bonnes performances passe le plus souvent par l'association de plusieurs adhésifs apportant chacun une ou plusieurs fonctions spécifiques. Une approche connue a consisté à combiner différents adhésifs par application de couches continues et/ou discontinues superposées. De tels systèmes adhésifs multicouches sont décrits par exemple dans les brevets et demandes de brevets WO 99/64533, US 5 738 939, US 3 811 438, US 3 885 559etEP 1031 619. On a également proposé l'application d'un mélange de deux ou plusieurs adhésifs, décrite par exemple dans les brevets US 3 326 741, US 3 753 755 et US 4 049 483. La demanderesse a trouvé qu'une manière particulièrement intéressante de combiner deux ou plus de deux adhésifs dans un système adhésif destiné à l'assemblage par collage de pièces consistait en la juxtaposition de deux ou plus de deux adhésifs sous forme de zones allongées continues. Une telle juxtaposition permet de répartir de manière différenciée et ciblée dans la zone de collage les fonctions apportées par chacun des adhésifs. Elle permet également de combiner librement des adhésifs de différentes natures ou grades sans tenir compte d'éventuels problèmes d'incompatibilité qui sont fréquents lorsqu'on combine deux ou plus de deux polymères de nature différente. L'invention a par conséquent pour objet un adhésif composite en bande pour l'assemblage de pièces, comprenant a) au moins une première zone continue allongée d'un premier adhésif A et, juxtaposée latéralement et parallèlement à cette première zone continue, b) au moins une deuxième zone continue allongée d'un deuxième adhésif B différent de l'adhésif A. Les adhésifs A et B peuvent être choisis parmi un très grand nombre d'adhésifs structuraux ou semi-structuraux connus, utilisés couramment dans le domaine du collage par assemblage. On entend par"adhésif structural"selon la présente invention un adhésif défini dans la norme ISO 6354 comme étant un adhésif participant à l'intégrité d'une structure et pouvant être sollicité à un taux élevé de sa charge maximale pendant une longue période sans défaillance. On peut citer à titre d'exemple d'adhésifs structuraux les familles suivantes : - les adhésifs anaérobies : Ce sont des systèmes monocomposants à base de dérivés d'esters diacryliques qui polymérisent à température ambiante en absence d'oxygène et en présence d'un métal catalysant la réaction de polymérisation ; - les résines acryliques modifiées : Ce sont des systèmes à deux composants comprenant une résine acrylique (par exemple poly (méthacrylate de méthyle) contenant une phase élastomérique (par exemple du copolybutadiène) et un catalyseur (par exemple du peroxyde de benzoyl). Ces résines donnent des joints qui se distinguent par une haute résistance aux chocs, au pelage, au cisaillement (20-30 MPa), à la température (100-110 C en continu), à l'humidité et aux solvants ; - les résines époxydes : Ce sont les adhésifs structuraux le plus couramment utilisés. Ils sont disponibles sous forme de systèmes bicomposants (résine époxyde + durcisseur) ou monocomposants thermodurcissables. Les joints de colle obtenus se distinguent par une excellente adhérence sur de nombreux types de supports, par une bonne résistance chimique et de bonnes propriétés mécaniques ; - les polyesters insaturés : Ce sont des systèmes adhésifs à deux composants utilisés le plus souvent en association avec des fibres de verre pour coller des pièces en matériaux composites ; - les polyuréthannes : Ce sont des systèmes monocomposants ou bicomposants qui donnent des joints de colle qui sont relativement sensibles à l'humidité et présentent de moins bonnes caractéristiques mécaniques et adhésives que les résines époxydes. Leur utilisation est cependant intéressante dans des assemblages où une certaine flexibilité est recherchée ; - les adhésifs durcissables par rayonnement ultraviolet ou infrarouge : Ces adhésifs se distinguent par une vitesse de prise très élevée. Un autre groupe d'adhésifs utilisables dans la présente invention est formé par les adhésifs de type mastic, c'est-à-dire des produits définis dans la norme DIN 16920 comme étant des matériaux non métalliques comblant des fentes (jointures, interstices, etc...) entre deux corps sans pour autant modifier la structure de ces corps. On peut citer à titre d'exemples d'adhésifs d'étanchéité ou mastics utilisables dans la présente invention les caoutchoucs siliconés, les polyuréthannes, les mastics à base de plastisol PVC, les polysulfures, les caoutchoucs butyle, les résines polyacrylates, les caoutchoucs acrylonitrilebutadiène et les adhésifs autocollants appelés également"adhésifs sensibles à la pression" (PSA, Pressure Sensitive Adhesives). Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, l'adhésif composite comprend trois zones, c'est-à-dire une première zone médiane continue allongée d'un premier adhésif A, et deux zones continues allongées d'un deuxième adhésif B, différent de l'adhésif A, disposées latéralement d'un côté et de l'autre de la zone médiane. Grâce à l'invention, il est possible d'isoler une zone de l'adhésif du milieu environnant et de la protéger ainsi contre les effets néfastes de celui-ci. Ceci est particulièrement intéressant, par exemple, lorsqu'on souhaite effectuer un collage à l'aide d'un adhésif structural présentant d'excellentes propriétés mécaniques mais qui est sensible par exemple à l'hydrolyse ou à l'oxydation. Le dépôt d'un adhésif d'étanchéité du côté de l'adhésif structural susceptible de venir en contact avec le milieu environnant protège alors ledit adhésif structural contre les agents chimiques ou physiques dudit milieu et prolonge ainsi la durée de vie du joint de colle. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, on combine donc un adhésif structural A, éventuellement sensible à des facteurs environnants, dans la zone médiane, avec un adhésif B de type adhésif d'étanchéité, dans les zones latérales. Dans un autre mode de réalisation préféré de l'invention, on combine un adhésif structural (A) avec un adhésif présentant des propriétés amortissantes. On prend en considération plus particulièrement comme adhésif ayant des propriétés amortissantes les matériaux viscoélastiques ayant un module d'Young compris dans l'intervalle allant de 0,1 à 1000 MPa et un facteur de perte supérieur à 0,2 (élastomères et mastics, par exemple adhésifs PSA, mastic polyuréthanne etc). Le système adhésif proposé permet à la fois de conférer à l'assemblage une raideur et des propriétés mécaniques satisfaisantes et d'améliorer le comportement vibratoire de la structure grâce à l'amortissement des vibrations par l'adhésif B. Une application intéressante de ce mode de réalisation est le collage des pare-brise. Ceux-ci sont en effet actuellement fixés à la carrosserie par collage et l'utilisation d'un adhésif composite à propriétés amortissantes permettrait de réduire les vibrations transmises par dissipation d'énergie dans l'adhésif B. Dans un autre mode de réalisation préféré de l'invention, on combine un adhésif structural A avec un adhésif B permettant un collage immédiat grâce à une pégosité (anglais : tack) suffisante ou grâce à une prise instantanée. Il s'agit d'obtenir un système adhésif capable d'assurer le maintien de la géométrie de l'assemblage sans qu'il soit nécessaire de recourir à des modes de fixation complémentaires tels que des rivets, des vis et points soudés. L'adhésif B assure le maintien de la géométrie de l'assemblage jusqu'à la réticulation de l'adhésif A. L'adhésif B est choisi de préférence parmi les adhésifs sensibles à la pression (PSA), les adhésifs bi-composants et les adhésifs réticulables par rayonnement électromagnétique IR ou UV. La présente invention permet également, par la distribution du module d'Young dans le joint de colle, d'optimiser les contraintes de cisaillement que celui-ci est susceptible de subir. On peut en effet montrer que les contraintes à l'intérieur d'un joint de colle sollicité en mode de cisaillement sont sensiblement plus faibles au centre du joint que sur les bords de celui-ci. Il serait par conséquent intéressant de disposer d'un joint de colle dont le module d'Young dans la zone centrale, faiblement sollicitée en cisaillement, est plus important que celui des zones près des bords afin d'obtenir une distribution des contraintes plus homogène. Dans un autre mode de réalisation préféré de l'invention, on combine par conséquent un premier adhésif structural A à module d'Young élevé, dans la zone centrale, avec un deuxième adhésif structural B présentant un module d'Young plus faible, dans les zones latérales. Selon la présente invention, le module d'Young de l'adhésif A dans la zone centrale est compris de préférence entre 5 MPa et 15 GPa, et le module d'Young de l'adhésif B formant les zones latérales entre 1 MPa et 10 GPa, la différence de module d'Young des deux adhésifs étant de préférence comprise entre 5 MPa et 10 Gpa. Les valeurs exactes des modules dans chaque zone est calculée par des méthodes mathématiques dites"inverses". Elles dépendent, entre autres, de la géométrie du joint, de l'épaisseur des substrats ou du module d'Young des substrats. ; L'adhésif composite en bande de la présente invention peut se présenter par exemple sous forme d'un ruban adhésif constitué d'un support approprié, par exemple une feuille en métal ou matière plastique renforcée ou non, portant, sur au moins une de ses surfaces, les adhésifs A et B déposés, par coextrusion ou colaminage, sous forme de bandes continues allongées juxtaposées. Ce ruban peut être un ruban simple-face ou un ruban double-face. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, l'adhésif composite se présente sous forme d'un ruban adhésif double-face, c'est-à-dire d'un ruban constitué d'un support revêtu, sur ses deux faces, par des bandes d'adhésifs A et B, déposées par coextrusion ou colaminage. Dans un autre mode de réalisation préféré, l'adhésif composite se présente sous forme d'un ruban simple face pelable, c'est-à-dire un ruban constitué d'un support portant, sur une seule de ses faces, lesdits adhésifs A et B, ledit support pouvant facilement être séparé desdits adhésifs par pelage. L'adhésif composite de la présente invention peut également être un cordon qui, contrairement au ruban adhésif décrit ci-dessus, ne comprend pas de support. On peut obtenir un tel cordon en déposant directement, par exemple par coextrusion, les adhésifs A et B sous forme de zones continues allongées sur la ou les pièces à assembler. L'invention a également pour objet un procédé de dépôt d'un adhésif composite sur des pièces à assembler. Ce procédé comprend l'application simultanée, au moyen d'un dispositif d'application en défilement par rapport à la pièce, a) d'au moins une première zone continue allongée d'un premier adhésif A et, latéralement et parallèlement à cette première zone continue, b) d'au moins une deuxième zone continue allongée d'un deuxième adhésif B différent de l'adhésif A. Dans un mode de réalisation du procédé de l'invention, le dispositif d'application est une tête d'extrusion comportant au moins deux buses distribuant chacune un des adhésifs. Ce mode de réalisation est particulièrement approprié pour le dépôt direct d'un cordon adhésif, c'est-à-dire d'une bande d'adhésif sans support autre que la ou les pièces à assembler. Dans un autre mode de réalisation du procédé de l'invention, le dispositif d'application est un dévidoir de ruban permettant le dépôt d'un ruban adhésif simple-face ou double-face décrits ci-avant. Le procédé de dépôt d'adhésifs en bande de la présente invention se distingue par une grande simplicité et présente l'avantage de pouvoir être mis en oeuvre par des installations de dépôt d'adhésifs existantes, éventuellement modifiées, par exemple par addition d'une ou de plusieurs buses d'extrusion supplémentaires, pour permettre le dépôt simultané, parallèle de deux adhésifs. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée de modes de réalisation, nullement limitatifs, et des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 montre schématiquement un adhésif composite à deux zones reliant deux pièces ; - la figure 2 montre schématiquement un adhésif composite à trois zones reliant deux pièces ; - la figure 3 montre schématiquement un ruban adhésif double face reliant deux pièces ; - la figure 4 illustre schématiquement un robot pour le dépôt d'un ruban adhésif ; - la figure 5 illustre schématiquement une machine pour le dépôt d'un cordon adhésif ; et - les figures 6a à 6f illustrent schématiquement les différentes étapes d'un procédé d'assemblage par collage de pièces utilisant des adhésifs composites en bande. Selon la figure 1, un adhésif en bande 1 constitué d'une première zone 2 d'un premier adhésif A et d'une deuxième zone 3 d'un deuxième adhésif B, en contact avec la première zone 1 au niveau d'une surface de contact 4, relie une première pièce 5 à une deuxième pièce 6. Les zones 2 et 3 d'adhésif s'étendent dans le sens de la longueur de l'adhésif en bande 1, la surface de contact entre les deux zones étant parallèle aux bords de l'adhésif en bande. Dans l'adhésif en bande 1 représenté dans cette figure 1, la largeur de la zone 2 est inférieure à celle de la zone 3. On peut bien entendu également envisager un mode de réalisation dans lequel les dimensions relatives des zones 2 et 3 sont inversées. Dans les figures 1, 2 et 3 décrivant des adhésifs en bandes selon la présente invention, l'épaisseur des couches d'adhésif a été exagérée afin de mieux faire comprendre l'invention. Selon la figure 2, un adhésif en bande 7 constitué d'une zone médiane 8 d'un adhésif A et de deux zones latérales 9a, 9b d'un deuxième adhésif B relie une première pièce 10 à une deuxième pièce 11. Les zones latérales 9a, 9b sont en contact avec la zone médiane 8 au niveau des surfaces de contact 12a, 12b. Comme pour l'adhésif en bande représenté dans la figure 1, les différentes zones d'adhésif 8,9a, 9b s'étendent dans le sens de la longueur de l'adhésif en bande, les surfaces de contact 12a, 12b entre les zones d'adhésif étant parallèles l'une à l'autre et parallèles aux bords de l'adhésif en bande 7. Dans l'adhésif en bande 7 représenté dans cette figure 2, la largeur de la zone médiane 8 est supérieure à celle des zones latérales 9a, 9b. On peut bien entendu également envisager un mode de réalisation dans lequel le rapport des dimensions relatives des différentes zones est inversé, c'est-à-dire où les bandes latérales 9a, 9b ont une largeur supérieure à celle de la bande médiane 8. Selon la figure 3, un ruban adhésif double-face 13 constitué d'un support 14 portant sur chacune de ses surfaces un adhésif en bande 15a, 15b, relie une première pièce 16 à une deuxième pièce 17. Le support 14 est constitué d'un matériau approprié, généralement d'une matière synthétique renforcée ou non. L'adhésif en bande 15a, 15b appliqué sur chacune des surfaces du support 14 a une structure similaire à celui illustré dans la figure 2, c'est-à-dire une structure symétrique constituée d'une zone médiane 8 d'un adhésif A et de deux zones latérales 9a, 9b d'un deuxième adhésif B, les surfaces de contact 12a, 12b étant parallèles l'une à l'autre et aux bords de l'adhésif en bande. Selon la figure 4, un robot d'application 18 comprend un bras 19 monté au moyen d'une articulation 20 sur un support 21 et portant un dévidoir 22 contenant un rouleau 23 de ruban adhésif 24. Un système de galets 25 permet de faciliter l'application du ruban adhésif 24 sur la pièce 26 à assembler avec une autre pièce non représentée. Le ruban adhésif 24 peut être un ruban double-face ou bien un ruban simple face à support pelable. Le défilement du dévidoir 22 par rapport à la pièce 26 est assuré par rotation et translation du bras 19. Dans une variante du procédé, on fait défiler la pièce 26 par rapport au dévidoir 22 à l'aide d'un moyen de transport non représenté. La figure 5 illustre le dépôt de cordons adhésifs sur une pièce 26 à assembler avec une autre pièce non représentée. Dans cette figure, le robot d'application 28 comprend un bras 19 portant une tête d'application 29 avec 3 buses d'application 30,31, 32, alimentées chacune par une conduite d'alimentation 27 et distribuant chacune un adhésif à l'état liquide ou pâteux, à chaud ou à froid. Les adhésifs A, B sont déposés par extrusion sous forme de zones juxtaposées 8,9a, 9b selon une disposition décrite dans la figure 2. Après dépôt du cordon adhésif, la pièce 26 est mise en contact avec une autre pièce non représentée. Dans une autre variante du procédé de dépôt, le cordon adhésif est déposé sur les deux pièces à assembler. Le défilement de la tête d'application 29 par rapport à la pièce 26 est assuré soit par rotation et translation du bras 19 soit par défilement de la pièce 26 par rapport à la tête d'application 29 à l'aide d'un moyen de transport non représenté. Les figures 6a à 6f montrent les différentes étapes d'un procédé d'assemblage par collage d'un élément plan 33 avec une goulotte 34 à rebords plans allongés. On part des pièces non préparées (Fig. 6a). Dans une première étape, facultative, on soumet la surface des pièces 33,34 destinée à recevoir l'adhésif à un traitement préparatoire, par exemple à un décapage, dégraissage ou ponçage, ayant pour but d'améliorer l'adhésion entre la pièce et l'adhésif (Fig. 6b). On applique ensuite sur chacune des pièces ainsi traitées deux cordons adhésifs 35 parallèles, l'écartement entre les deux cordons étant identiques sur les deux pièces (Fig. 6c). Dans une autre variante du procédé, une seule des pièces à assembler reçoit un ou plusieurs cordons adhésifs. Cette étape peut également consister en le dépôt d'un ruban doubleface ou simple face pelable sur une seule ou sur les deux pièces à assembler. On assemble ensuite les deux pièces en retournant l'élément plan sur la goulotte à rebords plans allongés, de manière à faire coïncider les bandes d'adhésif déposées sur les deux pièces (Fig. 6d). L'ajout de moyens de fixations mécaniques supplémentaires 36 (Fig. 6e) ayant pour but d'assurer le bon maintien de la jonction pendant le durcissement de l'adhésif est facultatif. Dans une dernière étape (Fig. 5f), on fait durcir l'adhésif par un moyen approprié (refroidissement, polymérisation et/ou réticulation par irradiation ou chauffage). REVENDICATIONS 1. Adhésif composite en bande pour l'assemblage de pièces, comprenant, a) au moins une première zone (2 ; 8) continue allongée d'un premier adhésif A et, juxtaposée latéralement et parallèlement à cette première zone continue, b) au moins une deuxième zone (3 ; 9a, 9b) continue allongée d'un deuxième adhésif B différent de l'adhésif A. 2. Adhésif composite en bande selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'adhésif A et l'adhésif B sont choisis parmi les adhésifs anéarobies, les résines acryliques modifiées, les résines époxydes, les polyesters insaturés, les polyuréthannes, les adhésifs durcissables par rayonnement UV ou IR, les adhésifs sensibles à la pression, les mastics à base de plastisol PVC, les polysulfures, les caoutchoucs butyle, les résines polyacrylates et les caoutchoucs acrylonitrile-butadiène. 3. Adhésif composite en bande selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il comprend a) une première zone médiane continue allongée d'un premier adhésif A, et b) deux zones continues allongées d'un deuxième adhésif B différent de l'adhésif A, disposées latéralement d'un côté et de l'autre de la zone médiane d'adhésif A. 4. Adhésif composite en bande selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'adhésif A est un adhésif structural et que l'adhésif B est un adhésif d'étanchéité. 5. Adhésif composite en bande selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'adhésif A a un module d'Young supérieur à celui de l'adhésif B. 6. Adhésif composite en bande selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'un des adhésifs est un matériau viscoélastique à propriétés amortissantes ayant un module d'Young compris dans l'intervalle allant de 0, 1 à 1000 MPa et un facteur de perte supérieur à 0, 2. 7. Adhésif composite en bande selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il se présente sous forme d'un ruban constitué d'un support portant sur au moins une de ses surfaces lesdits adhésifs A et B, déposés par coextrusion ou colaminage. 8. Adhésif composite selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'il se présente sous forme d'un ruban adhésif double-face constitué d'un support portant, sur ses deux faces, lesdits adhésifs A et B, déposés par coextrusion ou colaminage. 9. Adhésif composite selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'il se présente sous forme d'un ruban adhésif simple face constitué d'un support portant, sur une seule de ses faces, lesdits adhésifs A et B, ledit support pouvant être séparé desdits adhésifs par pelage. 10. Adhésif composite en bande selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il se présente sous forme d'un cordon, sans support autre que les pièces à assembler, obtenu par coextrusion des adhésifs A et B sur la ou les pièces à assembler. 11. Procédé de dépôt d'un adhésif composite sur des pièces à assembler, comprenant l'application simultanée, au moyen d'un dispositif d'application en défilement par rapport à la pièce, a) d'au moins une première zone continue allongée d'un premier adhésif A et, latéralement et parallèlement à cette première zone continue, b) d'au moins une deuxième zone continue allongée d'un deuxième adhésif B différent de l'adhésif A. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé par le fait que le dispositif d'application est une tête d'extrusion comportant au moins deux buses distribuant chacune un adhésif. 13. Procédé selon la revendication 11, caractérisé par le fait que le dispositif d'application est un dévidoir de ruban.