Solutions de stratification adhésives liquides optiquement transparentes pour le verre

Date : 15 février 2023

Auteur : Chris Davis – HB Fuller (Kömmerling Chemische Fabrik GmbH)

Les intercalaires liquides présentent une solution thermodurcissable alternative aux matériaux folio thermoplastiques plus conventionnels pour lier le verre à lui-même ou à d'autres types de substrats. Le principe de stratification liquide nécessite généralement que le vide entre les substrats soit scellé de manière permanente ou temporaire sur le périmètre avant l'introduction du polymère liquide prédurci. Il ne nécessite généralement qu'un seul changement de phase significatif du liquide à un polymère durci via des mécanismes de catalyseur ou de photo-initiateur activés par la lumière ultraviolette.

Les liquides à écoulement libre suivront plus facilement la forme, le contour et les textures de surface des enveloppes dans lesquelles ils sont injectés et peuvent être considérés comme "passifs" avec un traitement généralement effectué à température ambiante et sans avoir besoin d'un pressage mécanique excessif ou d'une extraction sous vide.

Dans certains matériaux, les chaînes polymères sont classées comme entièrement réticulées, fournissant par la suite un comportement viscoélastique qui peut démontrer une dépendance relativement faible en termes de température, de temps et de durée de charge.

Les matériaux LOCA sont conçus pour fabriquer des composites de verre feuilleté destinés à être utilisés dans la plupart des applications standard, utilisées à la fois dans les produits de construction et les applications automobiles où les principales exigences sont la sécurité et la stabilité structurelle. Une attention croissante est désormais accordée à l'utilisation de produits LOCA pour intégrer et encapsuler des fonctions passives et dynamiques tout en offrant une stabilité mécanique et une protection contre les conditions environnementales potentiellement dommageables.

Les principaux avantages des matériaux et des systèmes de traitement sont identifiés comme étant :

Les matériaux LOCA peuvent être basés sur des plateformes en polyuréthane ou en acrylate et appartiennent généralement aux groupes de conditionnement suivants :

i) Durcissement catalytique à base de polyuréthaneii) À base d'acrylique durci aux rayons ultravioletsiii) Matériaux de durcissement catalytique à base d'acrylique

i) Polyuréthane les systèmes sont généralement conçus avec 2 parties formées par un matériau polyol de base (composant A) et un composant à base d'isocyanate correspondant (composant B). Le mécanisme de durcissement est souvent une réaction de polyaddition catalytique avec une fonction qui peut absorber de petites quantités d'humidité atmosphérique dans l'enveloppe et l'humidité capturée à la surface du substrat lors du processus de nettoyage du verre. Ces matériaux peuvent être considérés comme hydrophobes avec de faibles teneurs en humidité résiduelle. Cependant, l'humidité excessive présente pendant la phase de durcissement doit être évitée car elle peut créer une réaction secondaire dans l'isocyanate formant du dioxyde de carbone qui forme par conséquent une matrice avec des inclusions de bulles.

Le conditionnement des deux composants nécessite un dégazage et l'adhérence est obtenue via une réaction du matériau PU avec la surface du verre et renforcée par des promoteurs d'adhérence.

ii) Durcissement aux ultraviolets en une seule pièceacrylique Les matériaux à base d'UVA comprennent un photo-initiateur intégré qui démarre la polymérisation radicalaire sous exposition aux UVA, ce qui entraîne la formation de chaînes polymères. L'inclusion de comonomères peut améliorer ou ajuster des propriétés telles que la résistance à la traction pour les performances d'impact.

iii) Les matériaux acryliques à durcissement catalytique multi-composants sont souvent composés de 3 composants basés sur un matériau de base, un catalyseur, puis un promoteur d'adhérence séparé. Le mécanisme de durcissement se fait généralement par polymérisation radicalaire via un catalyseur, ainsi la réaction ne démarre que lorsque les composants sont mélangés.

Les deux mécanismes de durcissement (la polymérisation radicalaire des systèmes acryliques et la polyaddition des systèmes PU) peuvent être considérés comme exothermiques.

Adhésion

Exemple de types d'adhérence (voir exemple 1)

Types de substrat

La stratification de la plupart des substrats standard est possible, mais des changements de type et d'épaisseur peuvent nécessiter une modification de l'épaisseur de la couche intermédiaire. Certains substrats non verriers nécessitent des préparations chimiques ou des prétraitements particuliers.

Les dimensions de la couche intermédiaire sont essentielles pour effectuer une réticulation complète, compensant ainsi les conditions changeantes de tension superficielle et les caractéristiques de rigidité des différents types de verre. Par exemple, l'épaisseur de la couche intermédiaire pour le verre flotté peut augmenter de 1,0 mm standard jusqu'à 1,5 mm et le maximum de 2,0 mm une fois que l'épaisseur du verre flotté augmente jusqu'à 6,0 mm puis 8,0 mm. Lorsque les tensions superficielles du verre trempé augmentent, l'épaisseur minimale de la couche intermédiaire commencera automatiquement à 1,5 mm, puis à 2,0 mm pour tous les substrats plus épais qu'une épaisseur de conception nominale de 5,0 mm. Cette augmentation de l'épaisseur de la couche intermédiaire sera également nécessaire pour s'adapter aux caractéristiques changeantes d'onde de rouleau et d'inclinaison de bord du verre traité thermiquement.

Plastiques

En plus des substrats en verre, la liaison du verre au polycarbonate est rendue possible à l'aide de matériaux à base de PU spécialement développés qui ont une relation chimique naturalisée avec la surface du polycarbonate. La valeur de dilatation thermique différentielle du verre et des polycarbonates, où la dilatation linéaire et/ou volumétrique du polycarbonate est bien supérieure à celle du verre, plaçant ainsi des tensions beaucoup plus importantes sur et dans le matériau intercalaire. En raison de cette dilatation différentielle, il est important que le matériau liant ces deux substrats différents combine un niveau de retenue ou de rigidité avec un comportement de fluage et de relaxation pour compenser. Des apprêts spécialement conçus sont utilisés pour améliorer les propriétés adhésives de la surface du verre au PUR.

i) Verre flotté

Le traitement est possible avec tous les types de verre flotté standard au silicate sodo-calcique sans qu'il soit nécessaire d'envisager des préparations de surface particulières pour l'adhésion aux faces "étain" ou "air".

ii) Verre enduit

Avec des adhérences sur des surfaces de verre à revêtement pyrolytique, il convient de tenir compte de l'adhérence des revêtements métallisés sur eux-mêmes en plus de l'adhérence sur les surfaces du substrat. Les caractéristiques de ces surfaces doivent toujours être prises en compte avant de commencer la préparation ou le traitement.

i) Nettoyage

Traitement de nettoyage à l'aide d'une station de nettoyage à l'eau chaude standardisée à 3 étapes, rinçage déminéralisé et séchage final à l'air. Une teneur excessive en humidité résiduelle résultant du processus de nettoyage et une humidité accidentelle doivent être évitées si possible. Les contaminations de surface accidentelles non conformes telles que les huiles sont normalement traitées avec un mélange isopropanol / eau déminéralisée dans un processus de nettoyage secondaire.

Toutes les préparations d'adhérence supplémentaires, par exemple les apprêts, seront appliquées sur la surface du verre à ce stade avant le rinçage final avec de l'eau déminéralisée.

ii) Création de l'enveloppe de remplissage

La création d'une enceinte étanche utilise un joint périmétrique au moyen de l'une des méthodes suivantes :

a) Matériau isobutylène formé sur un rouleau, qui peut être pressé manuellement ou automatiquement à environ 1 bar pour fournir la profondeur d'enveloppe correcte. Les matériaux butyl sont considérés comme ayant des valeurs de dilatation thermique plus alignées sur celles des matériaux LOCA intercouches. Ils sont également généralement considérés comme offrant des barrières supérieures à la transmission de l'humidité, mais ils ne sont généralement pas transparents.

b) Bandes de bordure en acrylique préformées d'une épaisseur standard de 1,0 mm, 1,5 mm et 1,8 mm. Le mouillage complet des faces adhésives peut être amélioré à l'aide d'un apprêt et d'une période de mouillage allant jusqu'à 24 heures garantissant une bonne adhérence. La recommandation d'utiliser des matériaux testés, entièrement durcis et approuvés garantira que :

c) L'étanchéité des bords formés librement, sans matériau adhésif exclusif, peut être obtenue en utilisant des systèmes appliqués mécaniquement spécialement conçus.

iii) Mélange et dosage des matériaux

Avec un joint de bord temporaire ou permanent appliqué sur l'enveloppe, le matériau LOCA peut, le cas échéant, être mélangé et ensuite dosé dans l'enveloppe au moyen d'un procédé de type injection. Le mélange est normalement effectué au point de livraison pour éviter une purge excessive après l'application.

Le calcul des volumes de matériau corrects dépendra de l'épaisseur de couche intermédiaire requise, de la surface de l'enveloppe et des valeurs de retrait appropriées.

Les valeurs de retrait changeront pour différents matériaux allant de 2 % à 13 % en volume, les valeurs de retrait pour les matériaux en polyuréthane étant généralement inférieures à celles des acryliques.

Les matériaux PU nécessitent un dégazage efficace des composants A et B avant le mélange et le dosage, cela peut également être appliqué aux matériaux acryliques monocomposants où l'évacuation de l'oxygène du matériau pré-durci augmente l'efficacité de la réaction de polymérisation.

Les intercalaires à durcissement catalytique sont mélangés et dosés dans des unités de distribution spécialement conçues qui sont essentielles pour gérer les différentes densités de matériau afin d'obtenir la densité finale correcte du liquide mélangé et la densité finale du matériau entièrement durci.

Les rapports de mélange pour les matériaux de durcissement catalytique PU et acrylique seront calculés en poids et/ou en volume. Le calcul des valeurs de ratio pour les matériaux acryliques à 3 composants sera différent de celui à base de PU. Il est clair que les matériaux acryliques LOCA à un seul composant durcissant aux ultraviolets ne nécessitent pas de mélange.

Les changements de températures ambiantes en dehors de celles recommandées pour la production 18 0 C – 23 0 C (selon le type de matériau) peuvent avoir un impact sur la réalisation du mélange correct des composants. Le contrôle de la température dans l'environnement de production dans la fenêtre de fonctionnement prescrite est donc important pour obtenir le mélange optimal des matériaux.

La durée de vie en pot de différents systèmes, bien qu'influencée par les températures ambiantes, peut être ajustée pour les systèmes catalytiques.

iv) Durcissement

La méthode de durcissement du matériau liquide en polymère semi-solide change en fonction des mécanismes de durcissement décrits ci-dessus :

a) Les matériaux à base d'acrylique monocomposant sont généralement durcis à l'aide d'une lumière UVA émise dans une fenêtre de longueur d'onde prescrite spécifique. Cela active les photo-initiateurs intégrés dans le polymère, initiant la réaction chimique et formant les liaisons et au sein des chaînes polymères. Les sources de lumière UV peuvent être dirigées par le dessus ou à la fois par le dessus et par le dessous.

Des températures ambiantes en dehors des fenêtres de fonctionnement recommandées peuvent empêcher, retarder ou accélérer la réaction entraînant un durcissement incomplet ou accéléré entraînant la formation de contraintes localisées. Le durcissement différentiel peut également être causé par une épaisseur différentielle à travers la couche intermédiaire qui dépasse la tolérance autorisée généralement exprimée en +/- 0,5 mm/m. Cela peut résulter d'un manque de planéité des substrats ou de tables de durcissement inégales. Des tolérances doivent être fixées pour guider les niveaux d'intensité uniforme acceptable pour les sources de rayonnement UV. Il peut s'agir soit de tubes à lumière noire conventionnels, soit d'unités LED UV. Une intensité de rayonnement inégale en dehors des paramètres définis provenant des sources de lumière UV doit être contrôlée si des niveaux excessifs de contrainte différentielle doivent être évités.

Les profils de durcissement peuvent être surveillés en mesurant les changements de température résultant de la réaction exothermique. L'achèvement de la réaction peut généralement être attendu de 6 à 20 minutes. Les changements dans les types et l'épaisseur des substrats utilisés auront un impact direct sur les intensités de rayonnement UV absorbées par l'intercalaire liquide et cela modifie la durée du durcissement nécessaire. Un temps supplémentaire (facteur de sécurité) est généralement ajouté au temps nécessaire pour atteindre la température maximale pour s'assurer que tous les matériaux sont pleins et durcis de manière égale. Cela garantit que la confiance n'est pas placée entièrement, mais uniquement sur la zone de l'enveloppe qui est surveillée, réduisant ainsi la possibilité d'un durcissement différentiel excessif.

b) Avec le durcissement catalytique, le durcissement des matériaux est activé ou accéléré par une réaction chimique entre le composant catalyseur et le matériau de base. Les températures ambiantes joueront un rôle important dans le phasage du processus de réaction. La mesure des températures maximales et des durées du cycle de température fournit un processus de gestion de la qualité pour l'efficacité du durcissement final.

Des contrôles post-durcissement supplémentaires peuvent être effectués.

Glossaire