Lorsque nous sommes sur le point de coller deux composants, notre but est de réaliser le collage avec succès. Cela ne fait aucun doute. Cependant, pour obtenir un collage parfait, il est nécessaire d’analyser la relation entre deux variables : la tension et l’énergie superficielle. Ensuite, nous définissons ces phénomènes et nous vous dirons comment ils influencent le collage des surfaces, en utilisant des adhésifs thermofusibles et des adhésifs à base d’eau
Qu’est-ce que l’adhésion ? La Royal Spanish Academy définit ce concept dans sa deuxième acceptation comme la « force d’attraction qui maintient ensemble des molécules de différentes espèces chimiques ».
À cet égard, José Ángel Garde Belza, du département Technologies d’emballage du centre technologique d’Ainia, tient à jour le Guide technique de l’emballage qu’il existe diverses théories pour interpréter le phénomène d’adhésion.
L’un d’eux fait référence à la théorie de l’adsorption thermodynamique ou de la mouillabilité, selon laquelle l’adhérence est le résultat de l’interaction physique des surfaces en contact par l’effet de mouillage.
C’est là qu’entre en jeu un autre concept : la mouillabilité, qui revêt une grande importance pour tous les types de traitements de surface tels que l’impression, le vernissage et le collage, et la dépendance à la tension superficielle du liquide, dans notre cas les adhésifs thermofusibles et les adhésifs à base d’eau et l’énergie de surface du solide, c’est-à-dire des surfaces à coller.
Tension de surface et énergie de surface
La tension et l’énergie de surface sont deux phénomènes qui influencent directement la liaison de deux surfaces.
En physique, la tension superficielle du liquide, dans notre cas d’adhésif thermofusible ou d’adhésif à base d’eau se réfère à la quantité d’énergie nécessaire pour augmenter sa surface par unité de surface et contrer les forces intermoléculaires à la surface qui génèrent une attraction à l’intérieur des terres. En d’autres termes, c’est la résistance qu’un liquide présente à la pénétration de sa surface.
Par conséquent, plus la tension de surface est faible, plus le liquide aura tendance à former une sphère, qui est la forme qui assure un rapport surface / volume plus faible.
La tension superficielle est la quantité d’énergie nécessaire pour augmenter la surface du liquide, c’est-à-dire de l’adhésif thermofusible ou à base d’eau.
Pour sa part, l’énergie de surface d’un solide est le degré d’attraction ou de répulsion que la surface d’un matériau exerce sur un autre. Ainsi, plus grande sera l’énergie de surface des surfaces à coller, meilleure sera l’adhésion.
L’énergie de surface est le degré d’attraction ou de répulsion que la surface d’un matériau exerce sur un autre
Comment obtenir un bon lien?
Pour obtenir un collage optimal, le support à coller doit avoir une énergie de surface supérieure à la tension de surface de l’adhésif, ce qui permet d’obtenir une bonne mouillabilité ou mouillage; alors que l’adhésif thermofusible doit avoir une tension de surface inférieure à l’énergie de surface des surfaces pour aider à son mouillage.
On considère qu’un liquide mouille un solide lorsque l’angle de contact ß (angle entre la surface et le côté de chute) est inférieur à 90º. Si ß est plus grand, la gouttelette aura une forme très ronde, donc l’énergie de surface du substrat sera trop faible et donc la mouillabilité aussi. Au contraire, si elle est petite, la goutte sera plate; l’énergie de surface du substrat sera élevée et l’humidité bonne
Mauvais mouillage Mouillage partiel Mouillage total
Par exemple, si nous voulons coller un PVC rigide qui a une énergie de surface de 39 dynes / cm avec un adhésif à base d’eau (voir tableau ci-dessous), nous devons nous assurer que notre adhésif a une tension de surface de moins de 39 dynes / cm encore mieux si elle est au moins 3-4 dynes / cm en dessous, sinon il ne sera pas bien humide et donc la liaison sera mauvaise.
Une autre option serait d’augmenter la tension de surface du matériau à coller (dans l’exemple se serait le PVC) en appliquant un traitement corona, qui est un bombardement électronique, ou un traitement de flamme, ou un traitement laser, etc., ce qu’ils font est d’orienter toutes les charges électriques du matériau dans la même direction et qui fait monter son énergie de surface
Comment mesurer la tension superficielle?
Il existe des solutions colorées ou des marqueurs sur le marché qui peuvent mesurer la tension de surface. Dans le cas des marqueurs, nous appliquerons une ligne sur la surface du matériau à mesurer et, si le liquide reste sans rétraction pendant plus de 2 secondes, vous saurez que l’énergie de surface du matériau est égale ou supérieure à la surface de tension de la solution appliquée.
Dans ce cas, nous devrions tester des solutions de surface à tension plus élevée pour déterminer la valeur d’énergie de surface du matériau.
Si, au contraire, des gouttes se forment, il faudrait tester d’autres solutions avec des valeurs de tension superficielle inférieures jusqu’à trouver la valeur dans laquelle le liquide est resté sans rétraction pendant plus de 2 secondes.
Comme par exemple ! Si une goutte d’eau ayant une tension superficielle de 72 dynes/cm et une température de 25 °C est placée sur une surface perdant sa forme sphérique et s’étalant en créant un film, le matériau aura une énergie superficielle d’au moins 72 dynes/cm.
Énergie de surface <72 dynes / cm Énergie de surface 72 dynes / cm
Par conséquent, pour garantir un collage correct de deux substrats, il est nécessaire que les deux aient une énergie superficielle minimale de 38 dynes/cm.
Saviez-vous que nous pouvions fabriquer nous même des solutions de tension de surface connues de 30 à 56 dynes/cm? Pour ce faire, nous appliquerons la norme ASTM D2578 élaborée par AENOR , qui permet de mélanger diverses proportions de formamide et de 2-éthoxyéthanol (cellosolve éthylique).
Surfaces conflictuelles
Comme on le voit dans le tableau ci-dessous, les composants les plus conflictuels sont généralement des matières plastiques. Le polyéthylène et le polypropylène, en particulier, sont les matériaux les plus compliqués.
| MATÉRIAU | ENERGIE DE SURFACE (dynes/cm) |
| Cuivre | 1.103 |
| Aluminium | 840 |
| Acier inoxydable | 700 – 1.100 |
| Chrystal | 250 – 500 |
| Bois | 40 – 50 |
| Polycarbonate PC | 46 |
| Polyester | 41 – 48 |
| PET | 41 – 48 |
| Peinture époxy | 43 |
| Peinture polyuréthane | 43 |
| ABS | 35 – 42 |
| PVC rigide | 39 |
| PVA | 37 |
| Polystyrène | 36 |
| EVA | 33 |
| Polyéthylène (PE) | 30 – 31 |
| Polypropylène (PP) | 29 – 31 |
Pour augmenter l’énergie de surface des matériaux susmentionnés, il est nécessaire de les soumettre à des traitements antérieurs dont l’efficacité diminuera dans le temps. Par conséquent, idéalement, l’énergie de surface devrait initialement être suffisamment élevée (supérieure à 44 dynes/cm) pour éviter tout problème qui pourrait survenir.
Après avoir lu cet article, nous saurons que:
- Chaque surface et chaque liquide ont une tension de surface particulière. Par conséquent, pour assurer une bonne adhérence, la tension superficielle du matériau devra être supérieure à celle de l’adhésif.
- La tension de surface inférieure, plus l’adhésif devra former une sphère, une forme qui assure un rapport surface / volume inférieur, donc une plus faible adhérence.
- Plus l’énergie de surface des surfaces à coller est élevée, plus l’adhérence est grande.
- Lorsque le composant que nous allons coller a une énergie de surface élevée, cela signifie qu’il a une grande capacité à attirer, et l’adhésif thermofusible ou à base d’eau a une faible tension de surface, (ou similaire, faible résistance à la déformation ou à la rupture), il se produit alors un mouillage correct de l’adhésif sur le composant et il en résulte un collage efficace.
Si vous avez des questions au sujet de ces deux phénomènes, vous pouvez nous contacter à marketing@productoscolcar.com. Nous ferons de notre mieux pour répondre à toutes vos questions!
