Un collage d'une simple pression sur un bouton

Le collage permet d’assembler des composants sur de grandes surfaces, de réunir différents matériaux et de réaliser des conceptions légères. Dans la pratique industrielle, cependant, l’application de colle constitue souvent une étape supplémentaire du processus : les colles doivent être dosées, appliquées et durcies. La manipulation directe de composants réactifs de colle peut également imposer des exigences supplémentaires en matière de sécurité au travail, de gestion des processus et de formation. En fonction du système de matériaux, de la température, du support et de la charge, l’effet adhésif des rubans adhésifs conventionnels peut également varier.

Comment la pression se transforme-t-elle en force d’adhérence ?

Une nouvelle approche basée sur la microencapsulation vise à simplifier ces étapes. Au Fraunhofer IAP, des chercheurs développent des capsules microscopiques contenant les composants d’un adhésif à deux composants dans le cadre du pôle d’excellence Fraunhofer « Programmable Materials » (CPM).

« On peut considérer ces microcapsules comme autant de minuscules réservoirs d’adhésif », explique le Dr Christian Neumann, chercheur au Fraunhofer IAP. Chaque capsule contient l’un des deux composants. Tant que les capsules restent intactes, le système reste inactif. Lorsqu’une pression est exercée, les capsules éclatent. Les composants entrent alors en contact et l’adhésif se réticule. Cela crée une liaison solide précisément au niveau de la surface de contact. « L’un des principaux avantages est que cette réticulation se produit à température ambiante. Aucun chauffage supplémentaire ni aucune étape de durcissement supplémentaire ne sont donc nécessaires », précise M. Neumann.

Le défi technique réside dans l’encapsulation elle-même : les adhésifs à deux composants sont des matériaux réactifs et peuvent réagir avec les produits chimiques utilisés lors de la fabrication de l’enveloppe de la capsule. Cependant, les chercheurs peuvent ajuster la composition chimique de la capsule avec une grande précision. Ainsi, les composants adhésifs restent actifs, sont confinés de manière fiable, peuvent être stockés et traités, et s’ouvrent de manière ciblée lors de la compression.

Quels sont les deux facteurs qui rendent la manipulation de l’adhésif plus sûre ?

« Pour les applications industrielles, il est crucial que l’adhésif soit d’abord confiné en toute sécurité », explique M. Neumann. « Cela signifie que les employés sont moins exposés au contact direct avec les composants réactifs, car l’activation n’a lieu qu’au moment de l’assemblage. »

Pour les procédés de collage industriels, cette approche combine deux avantages. Premièrement, l’encapsulation réduit la manipulation à l’air libre des adhésifs : les composants réactifs ne sont libérés dans la ligne de collage qu’au moment de l’assemblage. Cela permet de simplifier la manipulation et de renforcer la sécurité au travail pendant le traitement.

D’autre part, les chercheurs se concentrent sur des systèmes adhésifs sans isocyanates, à base d’acrylates ou d’époxydes. Cela rend le système de capsule et de support intéressant pour les applications dans lesquelles les entreprises souhaitent éviter d’utiliser des adhésifs contenant des isocyanates.

Comment utilise-t-on le tissu adhésif ?

Dans une prochaine étape, les microcapsules doivent être appliquées sur des supports en forme de feuille pouvant être traités comme un matériau intercouche. Parmi les options appropriées figurent les supports textiles, les toiles de renfort en fibres ou d’autres matériaux en forme de feuille. « Cela transforme l’adhésif en un matériau facile à manipuler : il peut être positionné dans le composant et ne déploie son effet qu’au moment de l’assemblage », explique M. Neumann.

Parmi les domaines d’application possibles figurent les processus dans lesquels des composants doivent être collés ou assemblés sur de grandes surfaces, de manière contrôlée et sans application d’adhésif à ciel ouvert. Dans l’industrie automobile, par exemple, les empilements de batteries constituent un cas d’utilisation possible. D’autres domaines d’application incluent la construction mécanique, la fabrication électronique et les composants microstructurés dotés de canaux fins, où les méthodes conventionnelles de dosage et d’application sont techniquement complexes, difficiles d’accès ou peu rentables.

Pour développer ces textiles adhésifs, le Fraunhofer IAP combine son expertise en microencapsulation avec des essais orientés vers les applications. La résistance des liaisons ainsi obtenues est étudiée en collaboration avec l’Institut Fraunhofer pour les machines-outils et les technologies de formage (IWU) et sert de base pour évaluer de manière ciblée, avec des partenaires, les domaines d’application appropriés.

Prêts pour les essais pratiques ?

L’approche doit désormais être transposée à des applications concrètes. À cette fin, le Fraunhofer IAP recherche des partenaires issus de l’industrie et de la recherche capables d’apporter leurs propres composants, matériaux supports ou processus d’assemblage. Les entreprises qui souhaitent simplifier les processus d’assemblage de pièces en forme de feuilles, rendre la manipulation des adhésifs plus sûre ou intégrer plus efficacement le processus de collage dans les flux de travail d’assemblage existants sont particulièrement concernées. « Ensemble, nous pouvons examiner si le système de capsule et de support peut être adapté à des exigences spécifiques et quelles quantités de matériau sont nécessaires pour des essais orientés vers les applications », explique M. Neumann.

Si un partenaire propose un cas d’utilisation adapté, le Fraunhofer IAP adaptera le système de capsules et de supports spécifiquement à celui-ci. Dans l’usine pilote de synthèse du Centre Fraunhofer d’usines pilotes pour la synthèse et la transformation des polymères (PAZ) au Fraunhofer IAP, il est également possible de produire des microcapsules à une échelle pouvant atteindre plusieurs tonnes. Cela signifie que des quantités suffisantes de matériau sont disponibles pour tester la technologie dans des conditions orientées vers l’application.