FR2954776A1 - Assemblage de deux substrats colles par un polymere rigide, procedes de montage et de demontage par migration de cet assemblage colle - Google Patents

Abstract

L'objet de l'invention est un assemblage (20) comprenant un premier substrat (10) et un second substrat (12) collés avec au moins un joint (14), caractérisé en ce que ledit joint (14) est constitué de matière polymère présentant une valeur de module d'Young en traction à 25°C entre 500 MPa et 5 GPa, et comprend au moins un agent migrant apte à migrer jusqu'à au moins une des interfaces du joint (14) pour générer un décollement interfacial. L'invention couvre aussi la composition permettant de coller cet assemblage, un procédé de montage de cet assemblage par collage et un procédé de démontage de cet assemblage collé par migration et création d'un décollement interfacial par chauffage dans la masse.

Description

ASSEMBLAGE DE DEUX SUBSTRATS COLLES PAR UN POLYMERE RIGIDE, PROCEDES DE MONTAGE ET DE REMONTAGE PAR MIGRATION DE CET ASSEMBLAGE COLLE

La présente invention concerne un assemblage de deux substrats collés, ainsi que la composition permettant de coller cet assemblage. L'invention couvre aussi un procédé de montage de cet assemblage par collage et un procédé de démontage de cet assemblage collé par migration et création d'un décollement interfacial. Dans l'industrie, il existe de plus en plus d'assemblages réalisés par collage avec des compositions parfaitement adaptées aux conditions nécessaires de résistance mécanique, de résistance aux températures subies et à de nombreux autres paramètres tant physiques que chimiques.

Les substrats ainsi collés donnent totale satisfaction dans l'assemblage résultant. Par contre, le problème survient lorsque les substrats ainsi assemblés doivent être désolidarisés, par exemple en vue de changer l'un ou l'autre des substrats assemblés.

Contrairement aux liaisons mécaniques qui autorisent un démontage simple par vis ou rivet pour donner un exemple, il est difficile de démonter les substrats collés sans les endommager. De plus, dans le cas du collage, si l'on assure un démontage il faut aussi prévoir le remontage d'un substrat nouveau en lieu et place du substrat défectueux. Les surfaces doivent alors être aptes à recevoir cette nouvelle liaison collée.

Les liaisons par collage sont réalisées en préparant les surfaces à lier par collage pour qu'elles présentent un état de surface adapté. Le joint est disposé sur au moins une des faces, les substrats sont positionnés sous pression et le durcissement de la colle est réalisé par chauffage, par émission de rayonnements ou par un catalyseur associé pour donner des exemples. Le durcissement de la colle peut aussi intervenir sous l'effet de l'humidité ou à température ambiante. Quoi qu'il en soit, les substrats sont ainsi solidarisés. Si la séparation de cette liaison des deux substrats est mécanique en tentant de 10 ne dégrader qu'un des deux substrats, on constate que dans la plupart des cas, au moins l'un des substrats est dégradé, voire les deux. De plus, dans le cas où la séparation est réussie, le substrat conservé intact présente un état de surface qui interdit une nouvelle liaison par collage ou engendre pour le moins un travail important de traitement de surface. 15 Une solution consiste à prévoir une réversibilité contrôlée des liaisons collées avec trois moyens pour mettre en oeuvre cette réversibilité, par voie chimique, physico-chimique ou physique. La voie chimique utilise des joints avec des bases polymères dont la structure peut être modifiée ou détruite par des actions extérieures telles que la chaleur, 20 les rayonnements ou les champs électromagnétiques. On peut ainsi disposer d'un polymère comportant une chaîne chimique avec des groupements aptes à former une chaîne par polymérisation sous l'action d'une longueur d'ondes donnée tandis que la séparation est obtenue, le moment venu, par dégradation de cette chaîne sous l'action d'une autre longueur d'ondes 25 déterminée. Néanmoins, de tels produits présentent des performances d'adhésion relativement faibles et se trouvent être liés à des applications très spécifiques.

On connaît des utilisations dans la fixation de composants électroniques, afin de permettre leur retrait et leur changement rapide mais on comprend aussi que les performances mécaniques requises par exemple sont faibles. La voie physico-chimique consiste à associer des résines thermoplastiques aux résines thermodurcissables connues pour leurs performances mécaniques. Les thermoplastiques ayant la capacité de perdre une grande partie de leurs propriétés sous l'effet de la chaleur, la liaison par un joint comportant une combinaison d'un thermodurcissable et d'un thermoplastique peut s'avérer démontable par destruction du joint dans sa masse. Dans ce cas, le démontage est possible mais les deux substrats portent généralement une partie de ce joint dégradé et il faut au moins retirer la partie restante du joint sur le substrat à réutiliser. On peut noter aussi que les performances des thermodurcissables sont affaiblies par la présence du thermoplastique et ceci d'autant plus que les substrats travaillent en température, même en restant éloigné des plages de températures de dégradation. La voie physique consiste à introduire dans la composition adhésive elle-même, par ailleurs connue pour ses capacités d'adhésivité, des additifs capables, sous une stimulation extérieure, souvent la chaleur, de détruire la cohésion du joint dans sa masse. Il existe de nombreuses applications qui nécessitent la séparation de deux substrats collés et de plus en plus à des fins de recyclage. En effet, pour permettre le classement des matériaux de nature différente et leur recyclage indépendamment, par exemple une matière composite et un renfort métallique ou bien un vitrage automobile, il est nécessaire de procéder à ce type de séparation. L'art antérieur prévoit ainsi systématiquement pour la séparation de deux substrats collés, la dégradation du joint assurant la liaison, dans sa masse. Ceci implique que dans ces cas de figure les surfaces démontées sont souillées par le résidu d'adhésif et nécessitent un traitement ultérieur assez lourd pour permettre une éventuelle réutilisation. Une illustration d'un tel art antérieur est la demande de brevet WO 00/75254 qui décrit un agencement avec un joint à base de polymère incluant des microcapsules contenant des agents d'expansion de type solvants à bas point d'ébullition qui provoquent, sous l'action de la chaleur directe et en puissance suffisante, une décohésion du joint facilitant ainsi le démontage. Une application particulière est le montage et le retrait de pare-brise de véhicules. On note que ces microsphères peuvent être utilisées au sein de primaires d'adhésion, dans le cas des vitrages automobiles par exemple. Après activation et expansion des microcapsules au sein du primaire, ce dernier a perdu toute sa cohésion et le désassemblage est possible. Cependant les substrats porteurs du primaire sont souillés et doivent être retraités pour pouvoir être recollés. Une solution à ces différentes problématiques a été apportée dans la demande de brevet EP-1.814.935 qui décrit un procédé d'assemblage de substrats par collage avec une matrice polymère comprenant un agent migrant, ainsi qu'un procédé de démontage de l'assemblage collé, qui consiste à apporter de l'énergie à destination de l'agent migrant en sorte de provoquer sa migration vers au moins l'une des interfaces matrice polymère/substrat pour générer une couche de faible cohésion et séparer les éléments. Les agents migrants comme la pTSH, fondent et migrent jusqu'à l'interface puis s'y décompose pour induire le décollement interfacial. Un tel procédé de démontage autorise la démontabilité sans dégrader l'un ou l'autre des substrats et permet de séparer les deux substrats en obtenant une surface sans résidu d'adhésif d'au moins un des substrats, éventuellement prête à être de nouveau assemblée à un nouveau substrat. Depuis, il a été découvert qu'il était possible également d'utiliser des agents migrants qui ne fondent pas avant, mais qui, une fois activés génèrent des gaz directement dans le volume de la matrice polymère servant de joint, gaz qui migrent vers l'interface. Toutefois en fonction de la composition à base de matrice polymère utilisée pour coller les substrats, les gaz générés ne migrent pas de la même façon et la concentration de gaz à l'interface joint/substrat n'est pas toujours suffisante pour permettre le décollement. C'est pourquoi l'objectif de l'invention est de pallier ces inconvénients et de proposer une composition particulière qui permet l'assemblage de deux substrats par collage, assemblage qui soit toujours démontable par un procédé spécifique.

A cet effet l'invention vise une composition destinée à servir de joint pour coller deux substrats, décollables ensuite par chauffage dans la masse, constituée d'une matière polymère présentant une valeur de module d'Young en traction à 25°C entre 500MPa et 5 &Pa et comprenant au moins un agent migrant apte à migrer jusqu'à au moins une des interfaces du joint pour générer un décollement interfacial. Par « décollement interfacial », on entend la séparation de surfaces assemblées, au niveau des interfaces collées. De même, par « chauffage dans la masse » au sens de l'invention on entend tout procédé de chauffage permettant de chauffer l'ensemble du joint de colle, par exemple étuve ou bain-marie, mais également induction ou micro-ondes (dans le cas de colles sensibles à ces techniques de chauffage). L'invention couvre aussi l'assemblage démontable par chauffage dans la masse obtenu à l'aide de cette composition, ainsi qu'un procédé de montage et un procédé de démontage particulier de cet assemblage qui permet nécessairement de décoller les deux substrats. L'invention est maintenant décrite en détail suivant un mode de réalisation particulier, non limitatif.

Les figures 1A à 1C représentent schématiquement un assemblage tel qu'il se présente lors de la mise en contact, lors de l'apport de chaleur pour la migration et lors du démontage. Selon un premier aspect, l'invention vise un assemblage 20, démontable par chauffage dans la masse , comprenant un premier substrat 10 et un second substrat 12 collés avec au moins un joint 14 comme montré sur la figure 1A. Le joint 14 est constitué de matière polymère présentant une valeur de module d'Young en traction à 25°C entre 500 MPa et 5 GPa, c'est-à-dire une matière polymère rigide, et comprenant au moins un agent migrant apte à migrer jusqu'à au moins une des interfaces du joint 14 pour générer un décollement interfacial sous l'effet de la chaleur. Préférentiellement il s'agit d'une matière polymère présentant une valeur de module d'Young en traction à 25°C entre 1 GPa et 5 GPa. Le joint 14 peut être un adhésif de type connu à base de résine présentant une 15 valeur de module d'Young en traction à 25°C entre 500 MPa et 5 GPa comme une résine acrylique ou époxy. Par joint au sens de l'invention on peut également entendre un primaire d'adhésion c'est-à-dire une couche, du même type que le polymère utilisé pour l'adhésif (présentant une valeur de module d'Young en traction à 25°C 20 entre 500 MPa et 5 GPa), appliquée avant l'adhésif et dont l'épaisseur est de quelques dizaines de microns. Il peut s'agir par exemple de peintures ou de revêtements. On considère que la présence du premier substrat 10 et du second substrat 12 avec le joint 14 définit deux interfaces, l'une entre ce joint et le premier 25 substrat et l'autre entre ce joint et le second substrat. Néanmoins, il est possible que l'assemblage 20 comprenne plusieurs joints, par exemple deux adhésifs différents ou un adhésif et un primaire.

Dans le cas de deux joints superposés, liés entre eux et cet ensemble étant lui-même lié aux deux substrats, il est défini une interface supplémentaire entre les deux joints. On considère comme équivalent une interface entre deux joints ou entre un joint 5 et un substrat. L'un au moins des joints inclut au moins un composé apte à migrer dans la matrice du joint pour générer un décollement interfacial à l'une au moins des interfaces dudit joint avec l'un des substrats ou avec un autre joint. Un deuxième aspect de l'invention concerne la composition destinée à servir de 10 joint 14 pour l'assemblage 20. Cette composition comprend : - une base polymère présentant un module d'Young en traction à 25°C entre 500MPa et 5 &Pa, et - au moins un agent migrant. 15 Par « base polymère » on entend le liant ou squelette constitutif de l'adhésif. Parmi les bases polymères particulièrement adaptées pour la présente invention on peut citer notamment les résines thermodurcissables, en particulier les matrices époxy et les matrices acrylate. Ces matrices, une fois polymérisées, sont rigides. 20 Par « agent migrant » on entend au moins une molécule, qui une fois activée, est apte à migrer jusqu'à au moins une des interfaces du joint 14 pour générer un décollement interfacial sous l'action de la chaleur. Préférentiellement l'agent migrant est un agent qui, soumis à une certaine chaleur, se décompose et génère des gaz qui migrent dans le volume du joint 14 vers au moins une interface pour y 25 produire des contraintes et induire un décollement. L'agent migrant peut être choisi parmi les agents gonflants chimiques. De façon préférentielle, l'agent migrant est un acide polycarboxylique ou l'azodicarbonamide.

Selon un mode de réalisation préféré l'agent migrant est présent entre 5 et 50% en poids de la base polymère, encore plus préférentiellement entre 5 et 30 %. Cette proportion est particulièrement adapté au décollement des substrats rigides constitués d'une matière polymère présentant une valeur de module d'Young en traction à 25°C entre 500MPa et 5 &Pa. Cette composition peut servir de joint 14 pour réaliser un assemblage 20 par la mise en oeuvre des étapes suivantes : - disposer au moins ladite composition entre un premier substrat 10 et un second substrat 12, - presser les deux substrats 10, 12 l'un contre l'autre, et - polymériser la composition pour former un joint 14 et obtenir l'assemblage collé des deux substrats 10, 12. L'assemblage 20 ainsi obtenu peut être démonté par la mise en oeuvre d'un procédé comprenant les étapes suivantes : - chauffer l'assemblage 20 avec un chauffage dans la masse à la température de décomposition de l'agent migrant incorporé dans le joint 14 en sorte de générer des gaz et provoquer leur migration jusqu'à une interface du joint 14 avec un substrat 10, 12, produisant ainsi un décollement interfacial, et - séparer les éléments au droit du décollement interfacial.

L'étape de chauffage dans la masse peut être réalisée sous un apport thermique contrôlé comme dans une étuve par exemple. La température pour le décollage est préférentiellement choisie entre 150 et 220°C. Avantageusement le choix de la base polymère particulière selon l'invention avec une valeur élevée de module d'élasticité, permet aux gaz générés sous l'effet de la chaleur de migrer dans le volume du joint vers l'interface de façon à ce qu'il y ait une concentration de gaz suffisante à l'interface pour permettre le décollement.

Le démontage ou décollage est schématiquement représenté sur les figures 1B et 1C. Le décollement interfacial est généré sur la figure 1B par l'apport de chaleur et les deux substrats sont séparés l'un de l'autre sur la figure 1C, le joint pouvant rester sur l'un des deux substrats.

L'invention peut être illustrée par deux exemples non limitatifs d'assemblage. Exemple 1 Il s'agit d'un assemblage de deux substrats aluminium (Stérigmes en aluminium) collés avec un joint, époxy bicomposant (adhésif) chargé à 30% d'azodicarbonamide (agent migrant inclus dans l'adhésif).

Avant assemblage les substrats en aluminium sont dégraissés à la méthyléthylcétone, brossés puis dégraissés à nouveau. La réticulation de l'adhésif est réalisée en une heure à 65°C. Le joint à une épaisseur de 120 microns. Un essai a été mené sur cet assemblage en comparaison à un assemblage réalisé dans les mêmes conditions avec une colle standard (époxy bicomposant). Cet essai s'inspire de la norme I5O 4587. Les assemblages (éprouvettes de cisaillement simple recouvrement) sont activés par chauffage et des tests de traction-cisaillement sont réalisés. Les résultats obtenus (contrainte à la rupture en MPa) sont présentés dans le tableau suivant : Sans activation Après activation thermique Assemblage 14 9 standard Assemblage selon 18 0,5 l'invention Exemple 2 Il s'agit d'un assemblage de deux substrats aluminium (Stérigmes en aluminium) collés avec un joint, époxy bicomposant (adhésif) chargé à 30% d'acide polycarboxylique (agent migrant inclus dans l'adhésif).

Avant assemblage les substrats en aluminium sont dégraissés à la méthyléthylcétone, brossés puis dégraissés à nouveau. La réticulation de l'adhésif est réalisée en une heure à 65°C. Le joint à une épaisseur de 120 microns. Un essai a été mené sur cet assemblage en comparaison à un assemblage réalisé dans les mêmes conditions avec une colle standard (époxy bicomposant). Cet essai s'inspire de la norme I5O 4587. Les assemblages (éprouvettes de cisaillement simple recouvrement) sont activés par chauffage et des tests de traction-cisaillement sont réalisés. Les résultats obtenus (contrainte à la rupture en MPa) sont présentés dans le 15 tableau suivant : Sans activation Après activation thermique Assemblage 14 9 standard Assemblage selon 14 0,5 l'invention Dans les deux exemples, on note une tenue pour les assemblages selon l'invention au moins égale à celle pour la colle standard, et une forte diminution après activation. Les éprouvettes activées présentent toutes un faciès de rupture adhésif, c'est-à-dire que les substrats sont exempts de résidus adhésifs. Avantageusement cela permet la réutilisation des substrats, ce qui n'est pas le cas avec une colle standard.

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1. Assemblage (20), démontable par chauffage dans la masse, comprenant un premier substrat (10) et un second substrat (12) collés avec au moins un joint (14), caractérisé en ce que ledit joint (14) est constitué de matière polymère présentant une valeur de module d'Young en traction à 25°C entre 500 MPa et 5 &Pa, et comprend au moins un agent migrant apte à migrer jusqu'à au moins une des interfaces du joint (14) pour générer un décollement interfacial sous l'action de la chaleur.
2. 2. Composition destinée à servir de joint (14) pour l'assemblage (20) selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend - une base polymère présentant un module d'Young en traction à 25°C entre 500 MPa et 5 &Pa, et - au moins un agent migrant dans une proportion comprise entre 5 et 50% en poids de la base polymère.
3. 3. Composition selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'agent migrant 15 est un acide polycarboxylique.
4. 4. Composition selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'agent migrant est l'azodicarbonamide.
5. 5. Composition selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la base polymère est une matrice époxy. 20
6. 6. Composition selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la base polymère est une matrice acrylate.
7. 7. Procédé de montage d'un assemblage (20) selon la revendication 1, consistant à réaliser la succession d'étapes suivantes : - disposer au moins une composition selon l'une des revendications 2 à 6 25 entre un premier substrat (10) et un second substrat (12),- presser les deux substrats (10, 12) l'un contre l'autre, et - polymériser la composition pour former un joint (14) et obtenir l'assemblage collé des deux substrats (10, 12).
8. 8. Procédé de démontage d'un assemblage (20) selon la revendication 1, 5 comprenant les étapes suivantes : - chauffer l'assemblage (20) avec un chauffage dans la masse à la température de décomposition de l'agent migrant incorporé dans le joint (14) en sorte de générer des gaz et provoquer leur migration jusqu'à une interface du joint (14) avec un substrat (10, 12), produisant ainsi un décollement interfacial, 10 et - séparer les éléments au droit du décollement interfacial.