ASSEMBLAGE PAR COLLAGE. Emmanuelle ETIEMBLE POLYTEC France 04/11/14

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Odette Baril
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1 ASSEMBLAGE PAR COLLAGE Emmanuelle ETIEMBLE POLYTEC France 04/11/14

2 Sommaire Le Collage - généralités Le Collage dans l électronique : Choix des colles Résines organiques Colles céramiques Exemples de collage Focus sur les modes de polymérisation plus rapide des résines : ->Induction ->Micro-ondes Polytec 05/08/2015 # 2

3 Collage - généralités Intérêts du collage Assembler des matériaux de nature différente : métaux, céramiques, plastiques Répartir les contraintes sur tout l assemblage Alléger les assemblages Pas de fragilisation des structures (pas de perçage, pas de déformation locale liée aux soudures) Élasticité joint collé: amortit les chocs, vibrations, dilatation Apporte autres fonctionnalités: conduction électrique, thermique, isolation électrique Facilement automatisable Polytec 05/08/2015 3

4 Collage - généralités Limites du collage : Mise en œuvre nécessite formation et connaissance du collage. Nécessité d une bonne préparation de surface et des surfaces planes. Durabilité collages (vieillissement, contraintes et environnement) : Comportement à la température : froid (cryogénie) ou chaud Comportements aux chocs thermiques Compatibilités chimiques Durées de polymérisation parfois longues (plusieurs jours à température ambiante). Résistance mécanique en pelage du joint collé faible. Dégazage synonyme de pollution Polytec 05/08/2015 # 4

5 Collage - généralités Pourquoi ça colle? L Adhésion est la capacité à développer des forces d interaction entre substrat et colle polymérisation État 1 l adhésif est liquide Influence de la mouillabilité Etat de surface : rugosité, porosité, tension de surface État 2 l adhésif est durci Cohésion Dureté Tests mécaniques Polytec 05/08/2015 # 5

Collage généralités Etat liquide MOUILLABILITÉ La colle doit venir en contact intime avec la surface pour créer des interactions avec celle-ci: la viscosité de la résine doit

mouillabilité Si le liquide tend à prendre une forme sphérique le mouillage est insuffisant pour l obtention d un bon collage.

6 Collage généralités Etat liquide MOUILLABILITÉ La colle doit venir en contact intime avec la surface pour créer des interactions avec celle-ci: la viscosité de la résine doit permettre à celle-ci de s écouler suffisamment la surface doit permettre cet écoulement (tension de surface) Angle de contact supérieur à 90 =mauvais mouillage Mauvaise mouillabilité Si le liquide tend à prendre une forme sphérique le mouillage est insuffisant pour l obtention d un bon collage. Angle de contact inférieur à 90 =bon mouillage Bonne mouillabilité Lorsque la colle s étale sur la surface à coller le mouillage est bon traitement de surface Tension superficielle de la colle < Tension superficielle du substrat Polytec 05/08/2015 # 6

7 Collage généralités Etat liquide TENSIONS SUPERFICIELLES DE QUELQUES MATÉRIAUX Matériaux Tension superficielle (mn/m) Cuivre 1103 Alumine 1050 Acier Inoxydable Aluminium 840 Étain 526 Verre ou Silice Polyimide 50 Polyamide PA 6,6 46 Époxydes 43 Polyuréthanne 43 ABS 42 Polycarbonate PC 42 PMMA 40 PVC rigide 39 Polystyrène PS 36 Polyéthylène PE 31 Silicone (PDMS) 24 Polypropylène PP 29 PTFE (Teflon) 18 Facile à coller Matériaux céramiques bonne propriété d adhésion! Les pollutions (poussières, traces de graisses, de doigt, huile, humidité, vapeurs silicones) contribuent à diminuer la tension superficielle des surfaces et donc à gêner le collage. difficile à coller Polytec 05/08/2015 # 7

8 Collage généralités Etat liquide ÉTAT DE SURFACE : RUGOSITÉ / POROSITE L adhésion est favorisée par un ancrage mécanique de la colle. La porosité d une surface augmente la surface de collage Lorsqu une surface est trop lisse (métaux, verre, dépôt fin ) il faudra créer des aspérités pour augmenter la surface de collage par un traitement mécanique ou chimique. ATTENTION Adapter la viscosité de la colle au substrat car une colle trop liquide va être «bue» par la surface Polytec 05/08/2015 8

9 Collage généralités Etat polymérisé LIQUIDE POLYMERISATION SOLIDE Température/ Humidité/ UV Temps Chimie de la résine Caractéristiques : DURETE Shore A: matériaux souples Shore D: matériaux rigides Polytec 05/08/2015 # 9

10 Collage généralités Etat polymérisé TESTS D ADHÉRENCE Test d adhérence : tests de rupture des assemblages collés: Traction Cisaillement Pelage Rupture adhésive l adhésion au substrat n est pas correcte Rupture cohésive l adhésion au substrat est correcte Polytec 05/08/2015 # 10

11 LES COLLES CERAMIQUES Polytec 05/08/2015 # 11

12 Colles céramiques Avantages : Excellente résistance à la température : jusqu à 1700 C /1800 C. Excellente résistance chimique : inerte Excellente résistance électrique : parfaitement isolant électrique Aucun dégazage même sous vide Aucun dégagement de COV Très large gamme en fonction des CTE Polytec 05/08/2015 # 12

13 Colles céramiques Polytec 05/08/2015 # 13

14 Colles céramiques Limites : Epaisseur du joint : inférieur à 50µm. L adhésion ne sera pas uniforme au dessus de 205µm il y aura rupture cohésive du joint. Les céramiques sont dures mais cassantes, elles résistent mal aux vibrations et aux chocs. Faible tenue mécanique Difficultés d avoir des assemblages hermétiques du fait de la nature poreuse des joints céramiques. Il faudra traiter ces joints avec un scellement verre pour optimiser l herméticité Polytec 05/08/2015 # 14

15 FOCUS SUR LES MODES DE POLYMERISATION PLUS RAPIDE : - L induction - Les micro-ondes Polytec 05/08/2015 # 15

16 Les motivations : -Productivité : gagner en temps de polymérisation (< 1min) - Surface : les méthodes conventionnelles chauffent l ensemble de la pièce : -Tenue en température des thermoplastiques -Contraintes de dilatation - Transfert thermique lent pour les zones difficiles d accès ou les fortes épaisseurs Polytec 05/08/2015 # 16

17 L induction Polytec 05/08/2015 # 17

18 L induction Le Principe : L Energie est introduite par des champs électromagnétiques dans une gamme de fréquence du khz. 2 solutions Au moins une des pièces est métallique L assemblage n est pas métallique les pièces métalliques vont chauffer et initier la cuisson de la résine La résine est modifiée avec des particules magnétiques qui vont absorber l énergie et la faire polymériser Polytec 05/08/2015 # 18

19 L induction Les techniques d implémentation : Le générateur de fréquence Différentes spirales d inductions Porte échantillon Polytec 05/08/2015 # 19

20 LES MICRO-ONDES Polytec 05/08/2015 # 20

21 Les micro-ondes Le Principe : Les micro-ondes sont générés par des champs électromagnétiques dans la gamme de fréquence de GHz qui provoquent des vibrations et des rotations de molécules. Les substrats liquides avec des composants polaires (comme les résines époxies) vont absorber l énergie, chauffer et polymériser alors que les pièces solides ne le vont pas. Polytec 05/08/2015 # 21

22 Les micro-ondes Les techniques d implémentation Capteur de température Porte échantillon Micro-ondes avec différentes fréquences Polytec 05/08/2015 # 22

23 Choix des résines Toutes les résines sélectionnées peuvent être polymérisées en moins de 10 secondes Polytec 05/08/2015 # 23

24 Sélection des charges magnétiques Polytec 05/08/2015 # 24

25 Cuisson par micro-onde Polymérisé à 95% en 60 sec Polymérisé à 95% en 100 sec Polytec 05/08/2015 # 25

26 Polytec 05/08/2015 # 26

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