Industriële verbindingstechniek
Lijmen breder geaccepteerd

Er is in de industrie een groeiende belangstelling voor lijmen als verbindingstechniek. De opkomst van bijvoorbeeld, voorgelakte plaat, lichtgewicht materialen, kunststoffen en gecombineerde materiaalsoorten stimuleren deze ontwikkeling.

De overstap van traditionele verbindingstechnieken naar verlijmen is voor menig bedrijf echter een grote stap. Met name de voorbehandeling van metaal, veelal chroomzuuranodiseren, vormt soms een probleem. Constructief lijmen komt voort uit de vliegtuigindustrie, waar het al een halve eeuw in Engeland en Nederland wordt toegepast. Hier wil men absoluut voorkomen dat vermoeiing optreedt in de verbindingsnaden. Bovendien heeft deze bedrijfstak in de beginjaren lange tijd hout en linnen als basismateriaal gebruikt, vandaar de ervaring met lijmen. De kennisoverdracht naar andere sectoren heeft lang geduurd. In feite is het daarna de automative sector geweest die het als eerste heeft opgepakt. Vreemd is dat niet, want hier speelt zeer nadrukkelijk de behoefte aan lichtere constructies en het verbeteren van de corrosiebestendigheid. In de automobielindustrie zijn vandaag de dag lijmtechnieken dan ook niet meer weg te denken. Denken we maar aan de verlijmde voorruit, waardoor de ruit deel uitmaakt van de dragende constructie van de auto. Stilaan zien ook metaalbedrijven verlijmen als alternatief voor andere verbindingstechnieken, zoals bijvoorbeeld bij de verwerking van dunne plaat.

Voorbehandeling is essentieel
Een knelpunt voor menigeen is de voorbehandeling die bij het verlijmen van metaal haast belangrijker is dan de uiteindelijke lijmkeuze. Traditioneel gebeurt dit voor aluminium via chroomzuuranodisatie. Het Nederlandse Hechtingsinstituut (een afdeling van de TU Delft) zoekt momenteel in opdracht van enkele toeleveranciers voor de vliegtuigindustrie naar een alternatief voor dit proces, dat vanwege het gebruik van chroom nogal milieubelastend is. Het tweede alternatief voor de behandeling met chroomzuur is het coaten van de plaat. Bepaalde coatings blijken voor het verlijmen zeer goede hechtingseigenschappen te hebben. Eén van de voordelen is dat deze coatings al bij de productie van de dunne plaat op de coil aangebracht kunnen worden. Met name voor kleine(re) bedrijven die niet gewend zijn met chemicaliën om te gaan, is dat aantrekkelijk, omdat ze de geschikte plaat direct kant en klaar kunnen aanschaffen. Beide zaken kunnen de belangstelling voor verlijmen in de metaalsector dan ook stimuleren in de komende jaren.
In de kunststofindustrie is het verlijmen inmiddels reeds breed aanvaard. Toch blijkt het lijmen van kunststofdelen niet altijd even eenvoudig te zijn. Met name de vele additieven die vaak toegevoegd worden tijden de productie van de kunststof kunnen roet in het eten gooien. Zodra kunststof apolair is, zoals het populaire polyethyleen en polypropeen, kun je het lijmen zonder goede voorbehandeling vergeten. Een oplossing biedt een voorbehandeling met UV-licht en ozon, waardoor de oppervlaktelaag van de kunststof weer polair wordt gemaakt en het verlijmen wel slaagt. Deze techniek is relatief eenvoudig en ook geschikt voor kleinere productieseries. Andere behandelingsvormen zijn beitsen, vlambehandeling en coronabehandeling.

Metselen met lijm
Dat lijmen als verbindingstechniek aan populariteit wint, blijkt ook uit de heel nieuwe toepassingen die worden ontwikkeld. Zo wordt de lijm inmiddels in de bouw veelvuldig toegepast, niet alleen om tegels te lijmen maar ook als hechtingsmiddel om bakstenen aan elkaar te hechten. Dit laatste is een vrij nieuwe ontwikkeling die volgens ingewijden enkele aantrekkelijke kanten heeft.
Zo zijn er twee belangrijke voordelen te noemen: de verwerking ervan is vrij eenvoudig wat de productiviteit op de bouwwerf ten goede komt en het tweede voordeel is dat het nieuwe mogelijkheden in esthetisch opzicht geeft. De voegnaad kan namelijk veel dunner zijn. Verder krijg je veel meer vormvrijheid doordat de gelijmde elementen zelfdragend zijn. Kan men nu verwachten dat verlijmen deze eeuw de traditionele verbindingstechnieken zal verdringen? Volgens de meeste insiders zal het zo’n vaart niet lopen, want ze moeten wel erkennen dat de voorsprong die bijvoorbeeld lassen heeft te groot is om in te halen. Maar, er wordt bijgezegd, in een aantal gebieden kan het wel best lukken, zoals in de elektrotechniek waar verlijming reeds regelmatig wordt toegepast. Inmiddels zijn er zelfs elektrisch geleidende lijmsoorten ontwikkeld zoadat men het solderen helemaal achterwege kan laten. In veel andere toepassingen zal lijmen echter een aanvullende verbindingstechniek blijven, die toegepast wordt afhankelijk van het product.

Lijmsoorten
De toxiciteit van lijmsoorten hangt af van de chemische samenstelling, maar meestal is ook de duur van de blootstelling aan schadelijke of irriterende dampen in de werkplaats van belang. Daarbij komen nog de risico’s voor de huid en de ogen, het brand- of ontploffingsgevaar en de mogelijke brandwonden bij het gebruik van smeltlijm. In tabel 1 worden deze risico’s samengevat. Om risico’s te voorkomen, moet de werkplaats goed georganiseerd zijn en met een gepaste verluchtingsinstallatie zijn uitgerust. Voorts moeten individuele beschermmiddelen worden gebruikt (handschoenen, masker, bril, enz.) Eén van de voornaamste oorzaken van vervuiling bij het gebruik van lijm heeft te maken met de aanwezigheid van solventen. Lijmsoorten met een hoge concentratie oplosmiddelen worden steeds minder gebruik en door andere lijmsoorten vervangen. Meer en meer worden lijmsoorten op basis van water, smeltlijmen (hot-melts) of reactieve lijmen gebruikt. Lijmsoorten vervangen door andere is echter niet vanzelfsprekend. De middelen om ze te verwerken moeten worden aangepast en de lijmeigenschappen van de nieuwe adhesieven moeten worden beschreven. Lijmsoorten die minder schadelijk zijn voor mens en milieu kunnen niet op geïsoleerde wijze worden gekozen. Men dient rekening te houden met alle elementen van het verbindingsproces en vooral met het verwerkingsprodcédé. Een minder schadelijke lijmsoort kan een ingewikkelder voorbehandeling van het oppervlak vergen of een nabehandeling waarbij gevaarlijke stoffen moeten worden gebruikt. Meer bepaald voor de mens is het aangewezen lijm mechanisch aan te brengen, dus contactloos. Dit is vooral belangrijk bij doseer- en menginstallaties. Een borstel of spatel kan worden gebruikt om lijm in kleine hoeveelheden aan te brengen. Als de hoeveelheden groter zijn, is het raadzaam technieken te gebruiken zoals verstuiving, extrusie, zeefdruk, coating, enz. die een hogere productiviteit en rendement hebben.

Enkele technische voordelen
Ondanks de financiële voordelen zullen het wellicht de technische aspecten zijn die de doorslag geven bij het kiezen van verlijming als verbindingstechniek. Zo doen er zich bij de toepassing van kleefstoffen geen spanningsconcentraties voor. Een probleem dat zich bij het gebruik van bouten, moeren en lassen wel kan manifesteren. Lijmen bieden immers een ononderbroken verbinding, waardoor spanningen – ontstaan door belastingen – gelijkmatig over de oppervlakken verdeeld worden. Op deze manier is de kans op breuk zo goed als tot nul herleid Het bijkomende voordeel van deze eigenschap is dat er een betere weerstand tegen vermoeiingseffecten ontstaat. Denk hierbij maar aan constructies met een wisselende belasting. Bovendien zorgen lijmen hierdoor ook vaak voor een goede trillings- en geluidsdemping, wat bijvoorbeeld bij toepassingen in de carrosseriebouw belangrijk is. Een ander voordeel is dat lijmen voor de verbinding van ongelijksoortige materialen – met verschillende diktes – kunnen ingezet worden. De andere technieken schieten op dit vlak meestal tekort omdat ze over een andere uitzettingscofficiënt beschikken. Daarnaast zijn er de kunststoffen, die moeilijk met de traditionele technieken kunnen verbonden worden. Lijmen zullen ook de substraten niet vervormen. Dit komt omdat ze krimpvrij zijn. Deze eigenschap is belangrijk bij afdichtingen, omdat op die manier het probleem van lekken opgelost wordt. Kleefstoffen zijn meestal gas- en vloeistofdicht, waardoor ze een efficiënte oplossing bieden als afdichtingsmiddel in bijvoorbeeld kunststofleidingen. Constructies met lijmverbindingen zullen ook vaker lichter en kleiner zijn dan deze die met andere technieken uitgevoerd zijn. Een andere belangrijke eigenschap van lijmverbindingen is dat ze – indien gewenst – gemakkelijk demonteerbaar zijn.

Informatie
De integratie van lijmverbindingstechnieken in het fabricatieproces heeft ook gevolgen voor de veiligheid van de mens en de bescherming van het milieu. Door de werkplaats goed te organiseren en het personeel dat bij het verlijmen betrokken is goed te informeren (etiketteren van producten, opstellen van duidelijke en gedocumenteerde verwerkingsprocedures), kunnen mogelijke problemen worden voorkomen. De risico’s voor het milieu zijn ook geringer als men een systeem kiest waarbij zoveel mogelijk schone producten worden gebruikt. Dus indien mogelijk beter geen lijmsoorten op basis van oplosmiddelen gebruiken, werken met oppervlaktebehandelingsmethodes zonder gevaarlijke stoffen en recycleerbare materialen kiezen voor de substraten en de lijmsoorten. (H.L.)
Met dank aan de heer Ron Nefs van Loctite Belgium n.v.

Assemblage industrielle:
le collage de plus en plus accepté

L’industrie attache de plus en plus d’importance au collage comme technique d’assemblage. L’arrivée de plaques prélaquées, de materiaux légers, de matières synthétiques et de matériaux combinés stimulent ce développement.

Bon nombre d’entreprises éprouvent des difficultés à passer des assemblages traditionnels aux assemblages par collage. Le prétraitement du métal, souvent réalisé par anodisation à l’acide chromique, constitue l’un des problèmes essentiels. Le collage constructif nous vient de l’industrie aéronautique, où il est appliqué depuis plus d’un demi-siècle en Angleterre et aux Pays-Bas. Cette industrie souhaite à tout prix éviter une rupture des jonctions d’assemblage. Cette branche industrielle utilisait d’ailleurs au départ du bois et du lin comme matériel de base, d’où sa longue expérience dans le collage.Le transfert de connaissances vers d’autres secteurs ne s’est pas fait immédiatement. C’est le secteur automobile qui a repris en premier lieu ce know-how. Guère étonnant d’ailleurs, car ce secteur nécessite clairement des constructions plus légères et doit améliorer la résistance à la corrosion. A l’heure actuelle, l’industrie automobile ne peut d’ailleurs plus se passer des techniques de collage. Pensons par exemple au pare-brise. Comme il est collé, la vitre fait partie de la construction porteuse de la voiture. Les sociétés métallurgiques envisagent aussi progressivement le collage comme une alternative aux autres techniques d’assemblage, par exemple pour le traitement des tôles.

Le prétraitement: une condition essentielle
Dans le collage du métal, le prétraitement est quasi plus important que le choix final de la colle. Il constitue une pierre d’achoppement pour plus d’une personne. Traditionnellement, cela se fait pour l’aluminium par anodisation à l’acide chromique. Le Nederlandse Hechtingsinstituut (un département du TU de Delft) recherche actuellement pour plusieurs sous-traitants de l’industrie aéronautique, une alternative à ce processus, car l’utilisation du chrome reste néfaste pour l’environnement. Une autre alternative pour le traitement à l’acide chromique consiste à appliquer un revêtement sur la plaque. Tous ces revêtements ont l’avantage de déjà pouvoir être appliqués sur le coil pendant la production de la tôle. Pour les petites sociétés qui n’ont pas l’habitude d’utiliser des produits chimiques, cette solution est attrayante, puisqu’elles peuvent immédiatement se procurer la plaque adéquate, prête à l’emploi. Ces aspects peuvent, à l’avenir, stimuler l’intérêt pour le collage dans le secteur métallurgique.
Dans l’industrie du plastique, le collage est largement accepté. Le collage des pièces en plastique ne semble pourtant pas toujours évident. De fait, les nombreux additifs ajoutés lors de la production du plastique peuvent gâcher le tout. Lorsque le plastique est apolaire, comme c’est le cas du polyéthylène et du polypropylène, le collage nécessite absolument un bon prétraitement. Un prétraitement à base de lumière UV et d’ozone peut être une solution. Dans ce cas, la couche de surface devient de nouveau polaire et le collage tient. Cette technique est relativement simple et convient pour la production de séries plus petites. Le décapage, le traitement à la flamme et le traitement corona sont d’autres formes de traitement.

Maçonnage à la colle
Les toutes dernières applications démontrent la popularité du collage comme technique d’assemblage. Ainsi, la colle est fréquemment utilisée dans la construction, non seulement pour coller les carrelages mais aussi comme moyen d’adhérence pour faire tenir les briques ensemble. Cette dernière application est relativement nouvelle et présente des aspects attrayants.
Citons ainsi deux avantages importants : le traitement relativement simple qui améliore la productivité sur le chantier de construction et les nombreuses possibilités sur le plan esthétique. De fait, l’épaisseur du joint peut être nettement plus fine. De plus, comme les éléments collés sont autoportants, vous bénéficiez d’une plus grande liberté de forme.
Le collage va-t-il dès lors remplacer ce siècle-ci les traditionnelles techniques d’assemblage ? Selon les initiés, l’évolution ne devrait pas être si rapide. L’avance de la soudure est trop importante pour être rattrapée. Mais, ajoute-t-on, cela pourrait bien être le cas dans certains secteurs, par exemple dans l’électrotechnique ou le collage est régulièrement employé. Des colles conductrices ont été développées, permettant de se passer complètement du soudage. Dans de nombreuses autres applications, le collage restera toutefois une technique d’assemblage complémentaire, appliquée en fonction du produit.

Les différentes colles
La toxicité des colles dépend de leur composition chimique. Toutefois, la durée d’exposition aux vapeurs nocives ou irritantes dans l’atelier joue également un rôle. Ajoutons à cela les risques pour la peau et les yeux, le risque d’incendie ou d’explosion et les éventuelles brûlures lors de l’utilisation de colles thermofusibles. Le tableau 1 vous résume tous ces risques.
Pour éviter ces risques, l’atelier doit être bien organisé et équipé d’une installation d’aération adéquate. Le personnel doit, par ailleurs, utiliser des moyens de protection individuels (gants, masque, lunettes, etc.). La pollution liée à l’utilisation de colle s’explique principalement par la présence de solvants. Les colles à haute teneur en solvants sont de moins en moins utilisées et remplacées par d’autres types de colle. Aujourd’hui, on utilise de plus en plus des colles à base d’eau, des colles thermofusibles (hot-melts) ou des colles réactives. Il n’est toutefois pas évident de remplacer certaines colles. Les moyens de traitement doivent être adaptés et les caractéristiques de collage des nouveaux adhésifs doivent être décrites. Des colles moins nocives pour l’homme et l’environnement ne peuvent être choisies isolément. Il faut tenir compte de tous les éléments du processus d’assemblage et surtout du procédé de traitement. Une colle moins nocive peut nécessiter un prétraitement de surface plus complexe ou un post-traitement requérant l’utilisation de substances dangereuses. Il est indiqué d’appliquer la colle mécaniquement, donc sans contact, principalement pour protéger l’homme. Ceci est surtout important pour les installations de dosage et de mélange. Une brosse ou une spatule peut être utilisée pour appliquer la colle en petites quantités. Si les quantités sont plus importantes, il est conseillé d’utiliser des techniques telles que la pulvérisation, l’extrusion, la sérigraphie, le revêtement, etc. qui offrent une productivité et un rendement supérieurs.

Quelques avantages techniques
Malgré les avantages financiers, ce seront probablement les aspects techniques qui seront décisifs dans le choix du collage comme technique d’assemblage. L’application d’adhésifs ne présente ainsi aucune zone de concentration de tensions, un problème qui peut se manifester lors du boulonnage, du rivetage, voire du soudage. Les colles offrent en effet une adhésion ininterrompue, répartissant les tensions engendrées par les charges de façon uniforme sur les surfaces. Ainsi, le risque de fissure est réduit à zéro.
Cette caractéristique présente un avantage supplémentaire : elle augmente la résistance à la fatigue. Pensez par exemple aux constructions confrontées à une charge variable. Les colles amortissent souvent les vibrations et assourdissent les bruits, un grand plus pour les applications dans la construction de carrosseries. En outre, les colles peuvent être utilisées pour l’assemblage de matériaux inégaux, d’épaisseurs différentes. Les autres techniques sont souvent déficientes à cet égard parce qu’elles disposent d’un autre coefficient de dilatation. On retrouve ensuite les plastiques qu’il est difficile d’assembler avec les techniques traditionnelles. Les colles ne déformeront d’ailleurs pas les substrats, car elles ne rétrécissent pas. Cette caractéristique est importante pour les joints, car on résout de la sorte le problème des fuites. Les adhésifs sont souvent étanches aux gaz et aux liquides, et offrent ainsi une solution efficace comme moyen d’obturation dans les conduites en plastique par exemple. Des constructions assemblées avec de la colle seront souvent aussi plus légères et plus petites que celles réalisées avec d’autres techniques. Le démontage aisé, s’il s’avère nécessaire, est une autre caractéristique importante des assemblages par collage.

Information
L’intégration des techniques d’assemblage par collage dans le processus de fabrication a des répercussions sur la sécurité de l’homme et la protection de l’environnement. En organisant bien l’atelier et en informant correctement le personnel impliqué dans le processus de collage (étiquetage des produits, rédaction de procédures de traitement claires et documentées), on peut éviter d’éventuels problèmes. Les risques pour l’environnement sont moins importants si l’on choisit un système recourant le plus possible à des produits propres. Donc, si possible, ne pas utiliser de colles à base de solvants, utiliser des méthodes de traitement de surface sans produits nocifs et choisir des matériaux recyclables pour les substrats et les colles. (H.L.)
Avec tous nos remerciements à Monsieur Ron Nefs de Loctite Belgium S.A.