Évaluation du durcissement des systèmes adhésifs par des essais rhéologiques et thermiques
Summary
Une méthodologie expérimentale basée sur des mesures thermiques et rhéologiques est proposée pour caractériser le processus de séchage des adhésifs avec pour obtenir des informations utiles pour la sélection des adhésifs industriels.
Abstract
L’analyse des processus thermiques associés au durcissement des adhésifs et l’étude du comportement mécanique une fois guéri, fournissent des informations clés pour choisir la meilleure option pour toute application spécifique. La méthodologie proposée pour la caractérisation du séchage, basée sur l’analyse thermique et la rhéologie, est décrite par la comparaison de trois adhésifs commerciaux. Les techniques expérimentales utilisées ici sont l’analyse thermogravimétrique (TGA), la calorimétrie différentielle de balayage (DSC) et la rhéologie. TGA fournit des informations sur la stabilité thermique et la teneur de remplissage, DSC permet l’évaluation de certains événements thermiques associés à la réaction de guérison et aux changements thermiques du matériau durci lorsqu’il est soumis à des changements de température. La rhéologie complète l’information des transformations thermiques d’un point de vue mécanique. Ainsi, la réaction de séchage peut être suivie à travers le module élastique (principalement le modulus de stockage), l’angle de phase et l’écart. En outre, il est également démontré que bien que DSC ne soit d’aucune utilité pour étudier le durcissement des adhésifs curables à l’humidité, il s’agit d’une méthode très pratique pour évaluer la transition en verre à basse température des systèmes amorphes.
Introduction
Aujourd’hui, il y a une demande croissante d’adhésifs. L’industrie d’aujourd’hui exige que les adhésifs aient des propriétés de plus en plus variées, adaptées à la diversité croissante des nouvelles applications possibles. Il rend difficile la sélection de l’option la plus appropriée pour chaque cas spécifique. Par conséquent, la création d’une méthodologie standard pour caractériser les adhésifs en fonction de leurs propriétés faciliterait le processus de sélection. L’analyse de l’adhésif pendant le processus de séchage et les propriétés finales du système durci sont cruciales pour décider si un adhésif est valide ou non pour une certaine application.
Deux des techniques expérimentales les plus couramment utilisées pour étudier le comportement des adhésifs sont la calorimétrie différentielle à balayage (DSC) et l’analyse mécanique dynamique (DMA). Les mesures rhéologiques et les tests thermogravimétriques sont également largement utilisés. Grâce à eux, la température de transition du verre (Tg) et la chaleur résiduelle du séchage, qui sont liés au degré de guérison1,2, peuvent être déterminées.
TGA fournit des informations sur la stabilité thermique des adhésifs3,4, ce qui est très utile pour établir d’autres conditions de processus, d’autre part, les mesures rhéologiques permettent de déterminer le temps de gel de l’adhésif, l’analyse du rétrécissement de séchage, et la définition des propriétés viscoélastiques d’un échantillon guéri5,6,7, tandis que la technique DSC permet de mesurer la chaleur résiduelle du séchage, et le discernement entre un ou plusieurs processus thermiques qui peuvent avoir lieu simultanément pendant le séchage8,9. Par conséquent, la combinaison de méthodologies DSC, TGA et rhéologiques fournissent des informations détaillées et fiables pour développer une caractérisation complète des adhésifs.
Il existe un certain nombre d’études sur les adhésifs où DSC et TGA sont appliquésensemble 10,11,12. Il ya aussi quelques études qui complètent le DSC avec des mesures rhéologiques13,14,15. Toutefois, il n’existe pas de protocole normalisé pour traiter la comparaison systématique des adhésifs. Cette comparaison permettrait de mieux choisir les bons adhésifs dans différents contextes. Dans ce travail, une méthodologie expérimentale est proposée pour faire une caractérisation du processus de séchage par l’utilisation combinée de l’analyse thermique et de la rhéologie. L’application de ces techniques en tant qu’ensemble permet de recueillir des informations sur le comportement adhésif pendant et après le processus de séchage, ainsi que la stabilité thermique et le Tg du matériau16.
La méthodologie proposée concernant les trois techniques, la DSC, la TGA et la rhéologie est décrite dans ce travail à l’aide de trois adhésifs commerciaux à titre d’exemple. L’un des adhésifs, ci-après appelé S2c, est un adhésif à deux composants : le composant A contient du méthacrylate tétrahydrofurfuryl et le composant B contient du peroxyde de benzoyle. Le composant B agit comme un initiateur de la réaction de séchage en provoquant l’ouverture des anneaux de méthacrylate tétrahydrofurfuryl. Par un mécanisme de polymérisation de radical libre, le lien C=C du monomère réagit avec le radical croissant pour former une chaîne avec des groupes latéraux tétrahydrofurfuryl17. Les autres adhésifs, T1c et T2c, sont les versions à un et deux composants de la même maison commerciale d’un adhésif polymère silane modifié. Le processus de séchage commence par l’hydrolyse du groupe de silane18, qui peut être initiée par l’humidité ambiante (comme dans le cas de T1c) ou par l’ajout d’un deuxième composant (comme dans le cas de T2c).
En ce qui concerne les zones d’application de ces trois systèmes différents : l’adhésif S2c a été conçu pour remplacer, dans certains cas, le soudage, le rivetage, le clinching et d’autres techniques mécaniques de fixation et il convient à la fixation à haute résistance des joints dissimulés sur différents types de substrats, y compris les couches supérieure, les plastiques, le verre, etc. Les adhésifs T1c et T2c sont utilisés pour la liaison élastique des métaux et des plastiques : dans la fabrication de caravanes, dans l’industrie des véhicules ferroviaires ou dans la construction navale.
Protocol
Representative Results
Discussion
Un test TGA préliminaire de chaque adhésif est toujours une étape fondamentale car il donne des informations sur la plage de température à laquelle le matériau est stable. Cette information est cruciale pour mettre en place correctement d’autres expériences. En outre, TGA peut également informer sur le contenu de remplissage, qui peut être très perspicace pour comprendre que le stockage et modulus perte peut ne pas traverser le long de la cure.
D’autre part, DSC permet d’étudi…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Cette recherche a été partiellement soutenue par le ministère espagnol de la Science et de l’Innovation [Grant MTM2014-52876-R], [MTM2017-82724-R] et par Xunta de Galicia (Unidad Mixta de Investigación UDC-Navantia [IN853B-2018/02]). Nous tenons à remercier TA Instruments pour l’image montrant le schéma du rhéomètre utilisé. Cette image est incluse dans le tableau des matériaux de l’article. Nous tenons également à remercier journal of Thermal Analysis and Calorimetry pour sa permission d’utiliser certaines données de référence [16], et le Centro de Investigaciones Científicas Avanzadas (CICA) pour l’utilisation de ses installations.
Materials
| 2960 SDT | TA Instruments | Simultaneous DSC/TGA device: Used to perform thermogravimetric tests. | |
| Discovery HR-2 | TA Instruments | Rheometer to perform rheological test. | |
| MDSC Q2000 | TA Instruments | Differential Scanning Calorimeter with optional temperature modulation. Used to peform DSC and MDSC tests. | |
| Sikafast 5211NT | Sika | S2c: a two component system manufactured by Sika. It is based on tetrahydrofurfuryl methacrylate and contains an ethoxylated aromatic amine. The second component contains benzoyl peroxide as the initiator for the crosslinking reaction. |
|
| Teroson MS 939 FR | Henkel | T1c: manufactured by Henkel, which is a one component sylil-modified-polymer, whose cure reaction is triggered by moisture. | |
| Teroson MS 9399 | Henkel | T2c: a two component system manufactured by Henkel. It is a sylil-modified-polymer too but the second component is aimed to make the curing rate a little more independent from the moisture content of air. | |
| TRIOS | TA Instruments | Control Software for the rheometer. Version 4.4.0.41651 |
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