I - INTRODUCTION IMPORTANCE DU COLLAGE DANS LES INDUSTRIES DU BOIS
A Définition d'une colle
B Considérations générales1) Mouillabilité
2) Quelques ternes à préciser : support joint adhésion - cohésion adhérence adhérisation
3) Adhérence mécanique
4) Adhérence spécifique
5) Action de la température
6) Évaporation ou diffusion des solvants
7) Vulcanisation et polymérisation
8) Application au matériau bois.III - CLASSIFICATION DES COLLES
A Colles hydrophiles et colles hydrophobes
1) Colles minérales
B Classification suivant la méthode prise, physique ou chimique
C Colles naturelles et colles artificielles.
D Classification par parenté chimique.
2) Colles de résines synthétiques thermodurcissablesPhénol Formol3) Colles de résines synthétiques thermoplastiques
Résorcines Formol
Urée Formol
Mélamine Formol
Polyuréthane
Résines époxydesAcétate de polyvinyle4) Produits cellulosiques et dérivés de l'amidon
Polyamides
Chloroacétate de vinyleAcétate de cellulose
Nitrate de cellulose
Amidon
Dextrine
5) ProtéinesCaséine Soja
6) Colles animales colle forte colle de poissonAlbumine de sang
Caséine
7) Colles à base de caoutchouc naturel ou de caoutchouc synthétiqueLatex
Caoutchouc naturel ou régénéré
Néoprène
Butabiène Acrylonitrile.A Définition et action ..
B Qualités requises, caractéristiques
C Principales charges employéesV - GÉNÉRALITÉS SUR LA RÉALISATION DES COLLAGES
A Influence du bois
B Influence des propriétés de la colle et des conditions du collage
C Conditionnement des bois après collage
D Défauts principaux pouvant se produire au cours du collage: Leurs causes ; leurs remèdes.VI - LES CONTRÔLES ET LES ESSAIS DES COLLES
VII - VIEILLISSEMENT DES COLLES. Tenue à l'eau et à l'humidité Permanente.
I - INTRODUCTION IMPORTANCE DU COLLAGE DANS LES INDUSTRIES DU BOIS
Depuis que l'homme se sert du bois, il a cherché à remédier à certains défauts tenant à sa constitution (l'anisotropie par exemple) ou bien à économiser certaines essences rares, donc de prix élevé, par l'utilisation en placages, ou enfin à améliorer les procédés de construction soit par des modifications dans la technique même, soit en utilisant dans une large mesure des éléments préfabriqués pouvant être obtenus à meilleur prix. Ainsi apparurent des panneaux contreplaques, lattés, agglomérés; ainsi le collage remplaça souvent l'assemblage. Mais il fallut pour cela trouver des adhésifs valables.
On se servit d'abord de matériaux d'origine naturelle surtout animale et végétale (et cela depuis fort longtemps).Mais de nos jours, survint la révolution des plastiques. Les synthèses chimiques permirent d'augmenter très sensiblement le nombre des adhésifs entre lesquels l'utilisateur doit choisir judicieusement.
On peut considérer qu'une colle à bois remplit correctement son rôle si elle a des joints au moins aussi résistants que le bois lui même, ce qui se traduit aux essais par une rupture en dehors du plan de collage avec arrachement des fibres.
Il apparaît que ce résultat tient non seulement au produit lui même Mais aussi aux conditions dans lesquelles ce produit est employé. Avec une caurite de qualité irréprochable on peut obtenir des résultats tout à fait inacceptables (si l'on fait des joints épais par exemple).
Donc, après une étude générale du collage, nous nous attacherons à définir pour chaque type de colle étudiée les modalités d'emploi assurant les meilleurs résultats.
A - DÉFINITION D'UNE COLLE
Une colle peut être définis comme un liquide qui doit mouiller le support sur lequel il est étalé et qui donne en s'épaississant ou en se solidifiant un joint s'opposant à la séparation.
B - CONSIDÉRATIONS GÉNÉRALES
1) Mouillabilité. On conçoit que le pouvoir mouillant d'une colle aura une grosse importance dans le collage puisque c'est en définitive cette propriété qui permettra à la colle de remplir pus ou moins bien les porosités.
La mouillabilité est une action physique complexe qui dépend de plusieurs facteurs, mais principalement de la valeur de l'angle de contact de la goutte de colle et de son support et de la tension superficielle. Soit (fig.1) une goutte de colle qui prend plus ou moins la forme d'un ellipsoïde. Dans le cas idéal ou l'angle
devient nul, il y a étalement parfait et le mouillage est total, tandis que le mouillage est de moins en moins complet à mesure que cet angle
Pour que l'adhésion d'une colle soit maximum, il faut que l'angle de contact et la tension superficielle soient aussi faible que possible. On a fait des mesures avec des matériaux variés. Ainsi une dissolution de caoutchouc sur du verre s'est monte moins adhésive qu'une solution d'acétate de polyvinyle. Pour cette dernière, l'angle de contact et la tension superficielle étaient nettement inférieurs à ceux mesurés sur la solution de caoutchouc.
2° Précisions sur quelques termes. Avant d'aller plus loin. Il est utile de bien préciser le sens de quelques expressions. Nous ne définirons pas les ternes bien connus de : support, joint, film de colle qui se comprennent facilement. On appelle adhésion l'action des forces qui s'opposent à la séparation des molécules appartenant à plusieurs corps (exemple : molécules de la colle et molécule du bois) . On appelle cohésion l'action des forces qui s'opposent à la séparation des molécules d'un cops homogène (c'est la cohésion qui empêche la rupture dans la colle elle même).
L'adhérence est l'action des forces qui s'opposent à la séparation de plusieurs corps matériels. Ainsi l'adhérence entre deux feuillets de contreplaqué est due à l'adhésion et à la cohésion du film de colle.Le problème du collage est donc l'utilisation des forces qui provoquent l'adhérence de deux solides juxtaposés.
1° Quand il s'agit de deux solides non poreux (verre, métaux), la résistance du joint dépend
essentiellement de la force attractive des molécules de surface du support pour les molécules de
l'adhésif.2° Par contre, lorsque: le support est poreux (comme le bois avec sa structure cellulaire), on peut imaginer la phénomène du collage autrement : l'adhésif mis dans un état de non cohésion momentanément
Il pénètre alors dans les porosités du bois et c'est là seulement qu'il changera de propriétés. Les forces déterminant sa cohésion réapparaîtront au fur et à mesure de la "prise" de l'adhésif. Il y a donc dans ce cas deux modes d'action de la colle : adhérence mécanique due à la pénétration dans les anfractuosités du matériau et adhérence spécifique, c'est à dire attraction entre les molécules du corps à coller et les molécules de la colle.
Si nous soumettons cet ensemble aux forces F et F' de façon à provoquer la rupture, celle ci peut se produire :1° par arrachement de la couche d'adhésif de son support ( décollement adhésion trop faible).
2° par cassure dans le joint adhésif lui même ( les forces d'adhérence sont supérieures à la cohésion de l'adhésif).
3° par la rupture d'un support (l'adhérence et la cohésion de l'adhésif sont supérieures à la cohésion du support considéré . On petit alors admettre que le collage est particulièrement satisfaisant.
1° en A et B, le bois normal
2° en A' et B', le bois imprégné de colle
3° en C, le film de colle lui même.
Ainsi, sous un effort suffisant, il peut y avoir rupture dans l'une de ces 5 zones. Une colle peut déterminer, par exemple une modification de la résistance des parties 2 et 4, soit en diminution, soit en augmentation. On dira que le collage est défectueux s'il y a rupture dans les zones C, A', B'.3) Adhérence mécanique. L'adhérence mécanique n'a d'importance que dans le cas de matériaux poreux (bois, cuir, caoutchouc cellulaire). On peut provoquer une porosité superficielle par un "cardage" ou "verrage" ( exemple : rabot à dents ou papier de verre). Ce cardage permet d'obtenir une surface dépolie présentant le maximum d'aspérités, ce qui augmente la surface d'adhésion (parfois jusqu'à 20 fois la surface initiale).
Si le cardage n'est pas suffisant, la surface encoller reste trop lisse et ne permet pas une bonne pénétration de la colle.
S'il est trop poussé, ou mal réalisé (sur des matériaux comme le cuir par exemple) la surface peut devenir pelucheuse et les aspérités tendent à se détacher facilement de leur supportSi nous supposons notre surface "cardée" souhait, il reste à examiner la pénétration de l'adhésif dans la support. Pour que cette pénétration se produise il faut que adhésif n'ait pas ou ait très peu de cohésion. Par contre il doit retrouver cette cohésion une fois la pénétration effectuée.
Pour obtenir ce résultat on peut :
a) utiliser un solvant de l'adhésif, ce solvant s'évaporant par la suite (exemple : certaines dissolutions da résines dans l'alcool)
b) utiliser un adhésif liquide à chaud, susceptible de se solidifier par refroidissement (cas de la colle forte).
c) utiliser un adhésif liquide, mais susceptible de devenir solide par une modification chimique. .
Les deux premiers procédés ne font appel qu'à une propriété physique (solubilité ou liquéfaction par la chaleur). Il y a réversibilité, c'est à dire possibilité de retour à l'état de non cohésion.
Le dernier procédé fait appel à une modification chimique de caractère absolument irréversible.
4) adhérence spécifique. L'adhérence spécifique (attraction entre les molécules du corps à coller et les molécules de la colle) est commandée par de nombreux facteurs.
a) nature des molécules en contact (on dit que les molécules doivent avoir la même polarité). Cette nature étant connue il ne faut pas que des altérations ou des salissures viennent la modifier.
Ainsi des taches de graisse, de peinture, de vernis à la surface du bois, ou une brûlure due a des outils qui ont chauffés et qui ont provoqué l'apparition de goudrons, donneront des plages sur les quelles la colle ne prendra pas.
b) composition de l'adhésif
c) viscosité et tension superficielle (donc, en fait mouillabilité)d) solvants s'il y en a.
e) propriétés thermoplastiques et nature du phénomène chimique provoquant son durcissement.
f) niveau d'acidité.
5) Action de la température. L'action de la température est complexe.
Sous l'action d'un effort continu, il peut se produire dans le joint un écoulement visqueux, lent, irréversible, qu'on appelle fluage ( il est important avec la colle forte ordinaire). Une colle présentant une excellente adhésion, mais un fluage important, ne pourra avoir que des applications limitées. Par contre, les adhésifs thermodurcissables ont un fluage après leur durcissement.
L'élévation de températures augmente l'énergie libre des molécules (fluidité accrue). Si le coefficient de dilatation de l'adhésif est très différent de celui du support (ce qui est très souvent le cas) les variations de température vont créer des contraintes importantes dans le joint, amenant un affaiblissement de ce joint.6) Évaporation ou diffusion des solvants de la colle. Il est évident que les solvants d'un adhésif n'ayant été utilisés que pour réduire sa cohésion au moment de l'étendage, doivent disparaître. Cette disparition se fait différemment suivant que les supports sont ou non poreux.
a) dans le cas des surfaces poreuses, les solvants diffusent par capillarité dans la matière (ils s'échappent au travers du bois par exemple).
b) dans le cas des surfaces non poreuses; les solvants peuvent disparaître par évaporation pendant la période comprise entre l'étendage de la colle et "l'affichage" ou bien diffuser lentement vers les bords du joint à l'intérieur de celui ci ou bien entrer en combinaison chimique avec les éléments mêmes de l'adhésif .
affichage = mise en contact t des surfaces encollées .
7) Vulcanisation - Polymérisation: La vulcanisation est une transformation du caoutchouc qui tend a le faire passer de l'état plastique et soluble à l'état élastique et insoluble. Cette transformation s'obtient à une température de 120° 130° en présence du soufre. Suivant la quantité de soufre absorbée, la plasticité diminue progressivement et le produit devient de plus en plus résistant. A 10 % de soufre absorbé, nous avons même un corps tout à fait nouveau, solide, dur, l'ébonite. Le soufre n'ayant pas seulement de l'affinité pour le caoutchouc, mais pour les métaux, de nombreuses matières plastiques, le cuir etc ...., on conçoit que la vulcanisation sera un excellent système pour provoquer la liaison avec un métal (convenablement dégraissé et décapé préalablement).
D'autres produits que le soufre peuvent provoquer des phénomènes analogues à la vulcanisation. Ainsi les polysocyanates agissent sur le cuir, la cellulose, les caoutchoucs synthétiques, les plastiques. Certains de ces effets sont intéressants parce qu'ils se produisent à la température ordinaire.
La polymérisation est un phénomène très voisin de la vulcanisation en ce sens qu'il aboutit aussi à la formation de systèmes rigides en partant d'un produit plus ou moins liquide. De très nombreux adhésifs sont des corps susceptibles de se polymériser. Tandis que dans la vulcanisation subsiste toujours une certaine élasticité dans le joint, la polymérisation peut aboutir à une rigidité absolue.
8) Application au matériau bois. Les colles à bois doivent évidemment présenter une affinité pour la cellulose qui est l'élément essentiel du bois.
Ces colles se présentent sous diverses f ormes : solutions visqueuses émulsions ou suspensions. Les solvants habituels sont en pratique réduits à l'eau, dont nous connaissons l'action sur les dimensions du bois.
La contact est obtenu par pression . Cette pression doit être dosée de façon à déterminer la pénétration convenable de l'adhésif. Elle doit être suffisante sans être exagérée, sous peine de voir disparaître la zone C du collage (figuré 2) . La pénétration sera arrêtée lorsque la colle sera solidifiée. Il faut donc que la durées de prise soit très sérieusement étudiée.
La prise sera le résultat soit d'une évaporation des solvants, ici de l'eau (et il faudra, en conséquence, voir comment se fait l'évaporation en fonction de la nature du bois, de on propre degré de siccité, de la température, de la pression réalisée), ou bien par polymérisation, généralement provoquée ou facilitée par un catalyseur. Les réactions possibles de ces corps sur le bois doivent être étudiées elles aussi, de même que l'action de la température.
Lorsque la colle fait prise, les forces qui se manifestent alors ne doivent pas dépasser l'adhérence spécifique de la colle sur le bois sous peine de voir le joint de colle se fendiller. Cela sera d'autant plus à craindre que le joint sera plus épais (avec les colles urée formol, du type Caurite, en particulier). En général on peut dire que les meilleurs joints de collage sont les plus minces.
C'est en fonction de toutes ces considérations, mais aussi, bien entendu, des prix, de la tenue dans le temps, des facilités ou des difficultés de l'usinage ultérieur (abrasion sur les outils) de la résistance aux champignons aux insectes ainsi que résistance mécanique des joints de collage, qu'il faudra se déterminer dans le choix d'une colle. En fait, bien souvent, il faut penser à utiliser une gamme d'adhésifs telle que chaque opération de collage puisse être réalisée dans un temps minimum (avec le maximum d'adhérence).
III - CLASSIFICATION DES COLLES
A - CLASSIFICATION EN COLLES HYDROPHILES ET COLLES HYDROPHOBES
On peut classer les colles en deux grandes catégories :
1°) Les colles hydrophiles c'est à dire à base d'eau, qui ont la propriété de faire gonfler le bois, qui sont absorbées par les corps poreux. Ce sont principalement :
- les colles animales (à base de caséine, d'albumine du sang, les colles de peau et d'os).
2°) Les colles hydrophobes, c'est à dire ennemies de l'eau, donc à base de solvants organiques volatils ou polymérisables. Ce sont diverses dissolutions, les résines phénoplastes ou aminoplastes, les résines époxydes, les polyuréthanes.
- les colles végétales (amidon, fécule, dextrine, gommes)
- les dispersions polyvinyliques.
- les colles des latex.B - CLASSIFICATION D'APRÈS LA MÉTHODE DE PRISE
la prise de la colle peut être un phénomène purement physique tel que l'évaporation d'un solvant ou un phénomène chimique. C'est quelquefois une association dus deux.
Prise entièrement physique. Silicate de soude
- Colles végétales : amidon, dextrine, gommes
- Colles animales : gélatine, caséine, albumine.
- Esters cellulosiques
- Esters vinyliques
Prises principalement ou entièrement chimique
- Colles urée formol (caurite)
- Colles phénol formol (bakélite)
- Colles résorcine formol
- Codes mélamine formol.C - CLASSIFICATION EN COLLES NATURELLES ET COLLES ARTIFICIELLES
Cette classification bien simple est souvent la plus utilisée.
Dans les colles naturelles nous trouverons :
- des colles minérales (silicate de soude)
- des colles organiques : amidon, fécule, dextrine, protéines de soja, gélatine, caséine, albumine, colles de poisson.Dans les colles artificielles nous avons :
- des résines thermodurcissables (condensation du formol avec de l'urée, du phénol, du crésol, de la résorcine)
- des résines thermoplastiques
des colles semi-synthétiques: colles cellulosiques, colles au caoutchouc chloré, colles de contact.D - CLASSIFICATION PAR PARENTE CHIMIQUE
Toutefois une classification chimique semble logique dans laquelle on peut séparer d'ailleurs les produits naturels et les produits synthétiques. Le tableau ci dessous est établi d'après les parentés chimiques.
1 - colles minérales. Silicate de soude.
2 - Colles de résines synthétiques thermodurcissables
Combinaisons phénol formol (type bakélite) ou crésol formol
Combinaisons résorcine formol, phénol acétylène, furfurol formol
Résines de carbamide : urée formol ( types Caurite ou Mélocol H)
Résines de sulfo carbamide : thiourée formol
Résines de mélamine : mélamine formol (type Mélocol M)
Polyuréthane Résines époxydes.3 - Colles de résines synthétiques thermoplastiques
acétate de polyvinyle et chloracétate de vinyle (les esters de polyvinyle acétate et butyrate, étant de beaucoup les plus employés dans les industries du bois)
les polyamides.4 - Produits cellulosiques et dérivés de l'amidon
acétate de cellulose (colle semi-synthétique) et nitrate de cellulose, colles amylacées (amidon, dextrine)
5 - Colles de protéines
colles de soja et collas de ricin (protéines végétales)
colles de caséine (protéines animales)6 - Colles d'origine animale (gélatine, albumine)
Colle forte (colles de peaux, de nerfs, d'os dites de Paris, de Lyon, de Givet, de Cologne, sous des présentations très variées.
Colle de poisson (colles liquides)
Colle d'albumine de sang.7- Colles à base de caoutchouc naturel ou synthétique
Colles de latex (au produit naturel qui est le latex d'hévéa ou la gutia
Colles au caoutchouc naturel ou régénéré (dissolutions de caoutchouc dans les solvants tels que le benzène, toluène, xylène
Colles au néoprène (qui sont les colles de contact les plus couramment employées).
Colles à base de caoutchouc synthétiques divers comme le caoutchouc
Butadiène acrylonitrile.Dans la suite de notre étude, nous sélectionnerons dans les divers groupes indiqués ci contre les produits plus spécialement utilisés ou utilisables d'ans les industries de l'ameublement et nous et ferons une présentation détaillée.
A - DÉFINITION ET ACTION
Les charges peuvent être d'origines très diverses minérale ou organique naturelle au artificielle et intervenir très différent dans la résultat final, suivant qu'elles sont neutres ou qu'elles ont, au contraire, elles-mêmes un pouvoir adhésif.Le but qu'on se propose en ''chargeant" une colle peut être technique ou purement économique.
Ainsi une faible charge aura pour effet de limiter la pénétration et les risques de transpercement d'une colle déterminée.
Une charge forte aura peut être pour effet principal une diminution du prix de revient du collage.
Une dose minimum de colle sèche par m² est nécessaire pour former le joint dans des conditions convenables. Cette dose est variable avec l'espèce du colle choisie. Dans un but d'économie on envisage de ne pas dépasser trop cette limite. Cela nous conduit parfois à des solutions très claires, dont la fluidité excessive est gênante. La colle, disons trop liquide, a tendance à traverser facilement les placages d'une part, et à pénétrer trop profondément dans la bois.
Nous demandons alors à une matière de charge, peu coûteuse de modifier la viscosité du mélange. Cette charge peut être absolument inerte, c'est a dire uniquement sur les propriétés physiques. Elle peut être aussi active, c'est à dire intervenir par son propre pouvoir adhésif. Ce sera le cas de la poudre de sang desséché qu'on ajoutera à une colle formo-phénolique par exemple.
E - QUALITÉ REQUISES
La charge choisie doit :
1° Être peu coûteuse
2° Ne pas nuire au pouvoir adhésif de la colle
3° Ne pas augmenter ou réduire exagérément la durée de la prise
4° Ne pas diminuer sensiblement les caractéristiques mécaniques du collage
5° Ne pas diminuer la résistance dans le temps
6° Ne pas avoir d'action abrasive exagérée sur l'outillageAinsi une charge minérale devra toujours être limitée à cause du dés affûtage qu'elle provoque. Par contre l'emploi de certaines charges organiques actives peut être poussé jusqu'au taux énorme de 300 % du poids de la colle sèche (cas exceptionnel malgré tout).
Les charges minérales sont en général inertes, inaltérables à l'humidité (donc ne diminuent pas la durée des joints) mais ont une action abrasive marquée sur les outils.
Les charges organiques sont parfois inertes (ex : sciure, farine de bois, de coque de noix, d'écorce de pin) parfois actives (farine de blé ou de seigle, ou fécule, sang desséché etc.)
Toutes sont plus ou moins altérables à l'humidité et sensibles aux microorganismes. Contrairement aux charges minérales leur utilisation s'accompagne d'une importante adjonction d'eau que le bois absorbe et doit évacuer. Elles sont sans action abrasive notable sur les outils
la quantité de charge qu'on peut incorporer dans une colle est très variable, une forte quantité de charge active est souvent admise. Il faut être plus prudent dans l'emploi des charges inertes. Le poids d'une charge se compare toujours au poids de la colle sèche. Il est prudent de ne pas dépasser 30 % pour les charges inertes. Les charges organiques actives permettent des taux beaucoup plus élevés sans diminution des qualités mécaniques du joint, mais il faut que la durabilité des joints de collage soit assurée et, souvent, à partir da 50 % en constate qu'elle est très sensiblement réduite.
C - PRINCIPAL CHARGES EMPLOYÉES
Charges minérales naturelles : argile, kaolin, (argile pure, blanche) gypse pulvérisé, silice, terre d'infusoires, kieselguhr ou tripoli siliceux)
artificielles, plâtre, blanc de baryteCharges organiques inertes charges ligno-cellulesiques, c'est à dire farines de bois, d'écorces, ou de coques diverses. Elles sont surtout employées avec des résines urée formol, mélamine formol, phénol-formol et résorcine formol, dans une proportion de 30 40%.
Charges organiques actives
a) farine de blé, farine de seigle, farine de fèves et de vesce, fécule de pommes de terre, farine de soja.
Ces farines peuvent s'ajouter à des colles à la résorcine, mais sont peu compatibles avec les colles phénoliques. Une proportion de 15 % ne doit par être dépassée si l'on veut conserver une bonne résistance à l'eau. On pourrait atteindre 100 % et plus si les pièces collées sont destinées à usage en atmosphère sèche.
b) Charges d'albumine de sang. La poudre de sang desséchée est incorporée parfois aux résines aminoplastes ou phénoplastes.
On ne dépasse 15 % (du poids de la résine sèche, toujours) si l'on veut conserver une bonne durabilité des joints.e) charges de caséine . En fait on mélange parfois de la caséine au silicate au silicate de soude ou aux colles de sang dans une proportion de 10 à 50 %. C'est plutôt un mélange de colles qu'une charge proprement dite, les deux adhésifs étant de même nature chimique. Le résultat est satisfaisant, surtout du point de vue pratique.
V - GÉNÉRALITÉS SUR RÉALISATION DES COLLAGES
Une colle étant choisie en fonction des qualités demandées, il faut qu'elle soit appliquée dans de bonnes conditions. Voyons, en parallèle, comment le bois, la colle, le mode d'application concourent au résultat.
A - INFLUENCE DU BOIS
L'adhésion colle bois étant déterminée par une affinité moléculaire il est évident que l'essence joua un rôle. Les bois les plus difficiles coller sont les bois riches en résines, gommes ou matières huileuses. Dans ce cas se trouvent le pin maritime, le teck et le niangon.
La dimension des fibres et des vaisseaux, l'orientation de ces éléments influent sur les qualités du collage. Chacun sait que le bois de bout se colle plus difficilement que le bois de surface ou sur chant et que le cœur et l'aubier ne se comportent pas de la même façon.
La teneur en humidité du bois est importante. Un excès d'eau dans le bois risque de diluer la colle ou de trop ralentir l'élimination. Un manque d'humidité peut provoquer une prise trop rapide. Les taux d'humidité compatibles avec l'emploi des résines synthétiques sont établis avec précision pour chaque variété de colle. Bien souvent ils ne dépassent pas 5 à 6 %. En aucun cas ils ne doivent atteindre ce qu'on appelle le degré du bois sec à l'air, c'est à dire 13 à 17 %
La température a un effet immédiat sur la prise de la colle. Il y a souvent lieu de procéder au chauffage de certaines pièces avant étendage de la colle. Enfin les surfaces de contact doivent être propres. Elles peuvent être usinées avec plus ou moins de précision suivant que la colle ne permettra pas, ou, au contraire, permettra, la formation d'un joint épais. La colle forte et la caséine permettent la confection de joints épais tandis que les résines urée formol (caurite) doivent être étendues en couche très mince. Leur retrait considérable provoquerait une rupture dans un joint épais. Qui dit joint mince dit usinage plus précis. Ainsi faut il se débarrasser du préjugé sur l'emploi obligatoire du rabot à dents. Le rabot à dents augmente l'adhérence mécanique par suite d'un agrandissement de la surface de collage. Son emploi se justifie avec des colles que la pression pourrait expulser, avec des bois très denses et peu pénétrables comme l'azobé. Dans la cas de la caurite, au contraire, son emploi conduirait à des couches de colle trop épaisses.
B - INFLUENCE DES PROPRETÉS DE LA COLLE ET DES CONDITIONS DU COLLAGE
Qualité de la colle. Les colles se présentent dans le commerce sous forme de poudres, de liquides, de films.
Pour bien les conserver, il faut respecter scrupuleusement les indications données par les fabricants : local sec, température moyenne. Les produits solides sont relativement, faciles à stocker. La conservation des produits liquides est plus délicate.
Préparation. Le solvant la plus couramment employé est l'eau. Les eaux naturelles, même impures, conviennent. Il y a souvent des températures et des proportions à respecter. On cherche à éviter la formation gênante d'écume (dans la fabrication en grandes quantités dans des malaxeurs).
Durée dé vie. A partir du moment ou le mélange constituant l'adhésif est formé, il commence à évoluer vers son terme final qui est une coagulation ou une transformation chimique irréversible.
Dans le premier cas, un brassage intermittent permet parfois de conserver au mélange pendant un temps assez long sa viscosité primitive. En fait il existe des colles thixotropes c'est à dire dont la viscosité diminue par agitation et, au contraire des colles dilatantes, qui s'épaississent par agitation.
Dans la cas de polymérisation, la durée de vie est grandement influencée par la chaleur ou la présence d'agents chimiques (durcisseurs, catalyseurs).
Pour la préparation des quantités de colle et le rythme de la fabrication il est indispensable de connaître parfaitement la durée de vie de la colle que l'on va employer.
Conditions de collage. Les fabricants donnent des indications précises sur les doses de colle à utiliser au mètre carré.
L'encollage est l'application en couche mince sur le bois. Il sera suivi dans un délai déterminé de la juxtaposition des surfaces. Un nouveau délai déterminé sera observé entre la juxtaposition et l'application de la pression. Durant ces diverses opérations, une série de phénomènes importants se produit.
1°- La colle au contact du bois se déshydrata partiellement. Il y a donc augmentation rapide de sa viscosité. Si cette augmentation est trop rapide, la colle pénétrera mal dans le bois au moment de la mise sous presse.
Si au contraire, la colle reste trop fluide, elle se trouvera refoulée eu pénétrera trop profondément.
En conséquence une colle très aqueuse pourra être employée uniquement sur des bois bien secs, tandis que des colles à faible teneur en eau pourront donner des résultats satisfaisants sur des bois assez humides.2°- Le durcissement du joint est fonction de l'humidité du bois. On a donc intérêt à diminuer la quantité d'eau incorporée dans la celle à sa préparation.
3°- Dans les colles subissant des cuissons à plus de 100°, il faut un minimum d'humidité dans le bois pour éviter les soufflures.
Les délais d'assemblage de pièces enduites de colle ainsi que ceux au bout desquels on doit appliquer la pression sont fonction de la nature de la colle, de la température ambiante et des conditions du collage. Ainsi dans le cas où deux surfaces enduites auraient été mises en contact au lieu d'être exposées à l'air, on pourra augment largement au bout duquel il faut appliquer la pression.
Cette pression doit être suffisante uniforme, constante pendant une durée minimum. Il faut bien comprendre ce qu'on entend par pression constante. Si le bois subit un retrait, si la colle pénètre assez considérablement, il faut resserrer les serre joints d'un châssis car il y a eu chute de pression.
La température peut agir sur la coloration dés soumis au collage et même provoquant une certaine plastification, déterminer une légère diminution d'épaisseur. Dune façon générale on peut dire, que les joints réalisés à température élevée ont une résistance physique et mécanique plus élevée que ceux réalisés à froid.
C - CONDITIONNEMENT DES BOIS APRÈS COLLAGE
Toutes les colles liquides introduisent dans le bois une certaine quantité de solvant. Cette ré humidification rend nécessaire un conditionnement des bois après collage. Ce conditionnement doit ramener le matériau au pourcentage compatible avec la fabrication envisagée.
D - DÉFAUTS PRINCIPALEMENT CONSTATES : CAUSES ET REMÈDES
1 - Adhérence insuffisante. Rupture, soit dans le film de colle, soit entre colle et bois.
Causes possibles. Bois très résineux, ou surface souillée, grasse, degré d'humidité inadapté.
Température trop élevée ou trop basse du bois
Mauvaise préparation de la surface du bois
Colle mauvaise (ancienneté, souillures) ou mal préparée ou mal choisie (colles phénoliques ne vont pas sur bois humides).
Technique défectueuse : dose incorrecte ou non uniformément répartie (mauvais réglage de l'encolleuse, surface irrégulière du bois), pression de serrage insuffisante, ou excessive, ou irrégulier cela ne se produit pas avec les presses hydrauliques munies d'un régulateur automatique), délai d'assemblage avant pression mal observé, mise en charge trop lente des presses à chaud, mauvais réglage en plus ou en moins de la température des plateaux chauffants.Remèdes. Le remède est connu lorsque la cause exacte do l'échec est déterminée.
C'est cette cause qu'il convient de trouver. On peut déjà éliminer les causes tenant à la qualité de la colle si l'on exerce un contrôle permanent de cette qualité.Si l'on est certain que l'adhérence insuffisante ne provient pas de là, il reste comme causes possibles les joints trop maigres, trop épais, ou irréguliers.
Joints maigres : dose insuffisante ou colle trop fluide ou délai d'assemblage insuffisant ou encore pression excessive.
Joints trop épais : dose excessive, colle trop visqueuse, délai d'assemblage trop long, pression trop faible, fermeture trop lente de la presse, plateaux trop chauds.
Joints irréguliers : mauvaise enduction, humidité irrégulière du bois, pression inégale ou température se répartissant mal.2 - Cloques. On dit souvent, par déformation "cloches"
Le cloquage peut avoir les causes suivantes :
manque local de colle par mauvais encollage ou humidité irrégulière du bois. Polymérisation locale anticipée (trop long délai d'assemblage) production de poches de vapeur (humidité des placages).Remèdes surveillance de l'humidité des placages, de la régularité de l'encollage de la viscosité, des délais d'assemblage en fonction du milieu ambiante et bien entendu, choix judicieux de l'adhésif (ne pas prendre une colle à forte quantité de solvant si l'on doit chauffer au delà de 100 °).
3 - Traversée de colle - Taches. Causes. Incompatibilité entre le bois et la colle choisie (ne pas employer de colles à la caséine avec des bois à tanin) Colles trop fluides ou insuffisamment chargées. Doses trop fortes placages trop minces délai d'assemblage insuffisant.
Remèdes. Éviter les incompatibilités, augmenter les charges, augmenter le délai d'assemblage, employer des durcisseurs rapides.
III - LE CONTRÔLE ET LES ESSAIS
A - CONTRÔLE
Pour les colles fortes on détermine, la force de gelée, la viscosité cour les résines synthétiques on s'efforce de connaître la teneur en matière sèche, la durée de vie , les temps de coagulation, la viscosité, la température minima de collage (point blanc).
B - ESSAIS
Essayer un collage c'est déterminer sa résistance mécanique à sec.
C'est aussi apprécier les aspects de la rupture ( les ruptures devant se produire dans le matériau lui même.)
Mais il faut encore apprécier la tenue des collages en service humide, et même dans l'eau, ou après des alternatives de trempages et séchages successifs et aussi des expositions à température basses au élevées.
III - VIEILLISSEMENT DES COLLAGES
La résistance des collages diminue avec le temps sous l'influence de la chaleur, de l'humidité, des agents chimiques (oxygène, acides, bases, solvants), par l'attaque des microorganismes (algues, bactéries, moisissures, champignons)
Les plus résistants sont les collages aux résines thermodurcissables.
L'ordre décroissant semble pouvoir s'établir ainsi :- Résorcine formol
- Phénol et Crésol formol
- Mélamin formol
- Urée force
- Résines vinyliques.1 Vieillissement. Les colles n'acquièrent leurs propriétés qu'au bout de plusieurs semaines. A partir de ce moment ce que nous pouvons appeler le vieillissement, envisagé comme sorte de détérioration ne se produit que très lentement (sauf dans le cas de corrosion) pour les joints minces. On peut dire que le vieillissement n'existe pratiquement pas s'il n'y a pas exposition à l'eau ou à des alternatives de sécheresse et d'humidité.
Par contre, une colle utilisée en joints épais peut présenter des phénomènes de retrait produisant un fendillement. Le joint perd alors toute résistance.
2 - Action de l'eau et de l'humidité
L'eau est un solvant pour les colles naturelles, minérales ou organiques. On améliore par certains produits chimiques ou par des mélanges avec d'autres colles. Exemples : colles de protéines améliorées par le formol colle d'amidon améliorée par adjonction de 5 à 20 % de son poids de résine urée formol.
Il faut bien se rappeler que les résines synthétiques réputées insensibles à l'eau ne le seront vraiment qu'après polymérisation complète. Si la polymérisation a été arrêtée(volontairement) pour obtenir une colle restant souple, la colle sera sensible à l'eau. De même si l'on soumet à l'eau un joint de colle qui est pris mais non complètement polymérisé parce que la fabrication est récente, on pourra avoir des mécomptes.
Il faut se méfier aussi des résultats, assez spectaculaires parfois, obtenus avec l'eau bouillante.
Il ne faudra pas en tirer, par exemple, des conclusions trop optimistes sur une résistance prolongée à l'eau froide.
Action des micro-organismes.
L'humidité peut créer un climat favorable au développement des ,micro-organismes (algues, bactéries, champignons) qui se nourrissent des constituants du bois ou de la colle (amidon, cellulose, protéines).
A l'encontre de ces micro-organismes on peut incorporer dans les colles des produits antiseptiques.
L'étude a montré que cette technique est très complexe et que l'activité des antiseptiques est fort variable. Il faut tout d'abord trouver un produit non toxique pour l'homme, efficace sans action sur les propriétés mises en jeu pour l'application de la colle ou tout au moins, ne produisant que des inconvénients mineurs.
Quelques produits répandent à ces exigences : ce sont les chlorophénols ainsi que les sels de zinc, de calcium et de cuivre que peuvent former ces chlorophénols.Nous avons fait, assez sommairement le tour des problèmes posés par le collage des bois, en général. La suite des leçons portera sur les colles utilisées, avec des indications sur les meilleures conditions d'utilisation de chacune.
Pour chaque type de colle utilisé, il sera indiqué:
1 ) L'origine du produit et l'époque à laquelle le il fut connu et utilisé
2) La façon dont il est préparé et présenté dans le commerce
3) Les précautions à prendre pour le stocker
4) La façon de l'utiliser
5) Les avantages et les inconvénients de son emploi
I - COLLES MINÉRALES LE SILICATE DE SOUDE
II - COLLES ORGANIQUES NATURELLES OU COLLES FORTESA - Généralités
B - Colles d'amidon
C - Colles protéiques végétales (soja)
D - Colles de gélatine
E - Colle de sang
F - Colle caséine
G - Colles de poisson
A - Généralités
B - Colles urée formol
C - Colles mélamine formol
D - Colles phénol formol ou crésol formol
E - Colles résorcine formol
F - Autres colles thermo durcissables
G - Colles thermoplastiques
H - Colles cellulosiques
I - Caoutchouc chloré
J - Les colles de contact
I - COLLES MINÉRALES LE SILICATE DE SOUDE
Seul le silicate de soude présente un intérêt dans le cas particulier de collages d'une durée restreinte (emballages ).
Le silicate de soude connu depuis fort longtemps sous le nom de verre soluble n'est utilisé que depuis 1910 dans le collage de certains contreplaqués pour emballage.
Il est obtenu par fusion entre 1300 et 1500° d'un mélange de sable et de carbonate de soude. C'est en somme du verre dans lequel manque la chaux.
Il se présente commercialement sous forme de solutions plus ou moins concentrées ou sous forme de poudre très facilement soluble. Cette dernière forme permet une meilleure conservation (en atmosphère sèche).
Les concentrations utilisées sont variables suivant la nature des bois, d'autant plus visqueuses que les bois sont plus tendres et plus poreux.
En fait on l'utilise le plus souvent en mélange avec une colle de caséine.
En effet le silicate de soude reste soluble à l'eau. Donc la résistance des joints décroît au fur et à mesure de la reprise d'humidité par le bois.
Les contreplaqués pour emballage, les tonnelets de carton, les boites en carton sont collés au silicate.
II - COLLES ORGANIQUES NATURELLES
On peut ranger dans cette catégorie :1°)des colles végétales comprenant des colles d'amidon, de fécule, de dextrine
Ou certaines protéines végétales principalement tirées du soja.
2°) des colles animales qui sont des matières azotées, principalement de la gélatine, de la caséine, de l'albumine.Toute ces colles ont été largement utilisées dans le collage du bois, d'une façon plus ou moins rationnelle.
Elles sont encore très fréquemment employées.
Elles sont essentiellement des colles aqueuses, c'est à dire renfermant au moment de l'emploi une quantité d'eau pouvant atteindre jusqu'à 200% du poids de la colle sèche. Le collage n'est évidemment effectif qu'après disparition de cette eau, et cela demande un temps assez long ou un séchage à la sortie de la presse. De plus, des variations dimensionnelles importantes peuvent entraîner soit la déformation, soit la glissement des pièces avec danger de rupture du joint de collage par les tensions internes qui peuvent le solliciter.
Elles présentent un deuxième caractère important. Elles résistent mal à l'humidité soit parce qu'elles restent solubles soit parce qu'elles sont sensibles
aux attaques des micro-organismes (moisissures, champignons) et même des insectes.Suivant leur origine, les colles animales sont classées en colles d'os, colles de peaux, colles de nerfs, colles de cartilages de poisson, etc ... D'après le procédé d'extraction, les produits sont très purs (gélatines absolument transparentes) ou des colles fortes ordinaires.
La forme de leur présentation joue également dans leur dénomination : colles en plaques, en perles, en poudre, en pastilles et la ville où elles furent fabriquées leur a souvent donné son nom . colle de Paris, colle de Givet, colle de Lyon, etc . . .
Les colles d'amidon sont encore appelées colles de pâte. Elles sort fabriquées en partant non seulement des farines (blé, seigle, maïs, fèves, vesce) mais aussi des féculas (manioc pommes de terre).
Ces ingrédients se conservent parfaitement en atmosphère sèche et permettent une préparation simple et un temps d'utilisation assez élevé (2 à 3 jours).Les fécules ou farines subissent une légère cuisson (au dessous de 70°) dans l'eau, ce qui forme un empois dans lequel s'est développé le pouvoir adhésif. Bien souvent des améliorants (soude caustique) et des antiseptiques sont ajoutés.
Ces colles sont caractérisées par une forte proportion d'eau. Dans les formules les plus riches, le poids de matière sèche n'excède pas 40%. Bien souvent c' est de 27 à 35% de matière sèche qu'on disposera, malgré une viscosité élevée qui nécessitera l'emploi d'une encolleuse.
Le pourcentage d'eau élevé demande donc des bois très secs (moins de 8%) et même pour les placages 3 à 5% maximum. Il faut compter 120 grammes de fécule au m² (fécale sèche) simple face ce qui représente environ 360 gr/m² de colle à l'étendage.
La pression doit être appliquée rapidement. Elle est de I' ordre de 5 à 7 kg/cm² et doit être maintenue de 6 à 12 heures.
Un séchage complémentaire est nécessaire pour les placages (12 à 24 h à 45 ° sous 35% de taux hygrométrique).
Ces colles, peu coûteuses et faciles à employer n'ont cependant pas beaucoup de succès dans les industries du bois à cause de leur sensibilité à l'humidité et de leur faible résistance aux attaques des moisissures. Aux États Unis, leur emploi est assez fréquent cependant dans la fabrication de contreplaqués à usage exclusivement intérieur
Le soja est une légumineuse dont la culture s'est beaucoup développée de 1920 à 1926 aux États Unis, en URSS, au Japon, aux Philippines, en Australie.La graine est riche en matières grasses et matières azotées. On retire d,abord l'huile, puis du tourteau restant on retire une sorte de caséine végétale qui, séchée, peut se conserver au sec.
Cette poudre est mêlée a de l'eau, de la chaux éteinte, de la soude caustique, du silicate de soude, des antiseptiques. Comme dans le cas des colles de fécule on arrive à des mélanges très aqueux (20% environ de matières sèches).
Nous n'insistons pas sur cette colle, à peu près inemployée en France. On peut coller des placages contenant de 3 à 15% d'humidité, soit à froid, soit à chaud. Le collage à chaud permet de réduire la temps de pressage à une dizaine de minutes à 95 °. En général la collage est suivi d'un séchage complémentaire.
La colle de soja est peu coureuse, facile à préparer, mais les résistances mécaniques des joints ne sont bonnes que si les pièces restent au sec. La colle préparée doit être utilisée dans les 4 heures et, à cause de la chaux qu'elle contient elle a tendance à décolorer ou à tacher les bois comme les colles à la caséine.
Les Américains ont surtout employé cette colle pour faire des contreplaqués de pin d'Oregon, à chaud. Il s'agit de contreplaqués ne devant pas être exposés aux intempéries.
L'usage des "colles fortes", de gélatine, remonte à la plus haute antiquité. Les Chinois et les Égyptiens les employaient.Les déchets animaux lavés, épilés, dégraissés sont soumis à des solutions acides qui donnent des jus gélatineux que l'on concentre. Les meilleure produits sont fournis par les peaux ; les nerfs donnent des produits moins bons et les os donnent les gélatines les moins résistantes de toutes. Mais dans chaque catégorie, les fractionnements successifs donnent des produits très différents allant de la gélatine pure, absolument incolore, réservée à des industries telles que la photographie, jusqu'aux colles fortes ordinaires très foncées.
La présentation des gélatines est variée : plaques, Pastilles, perles, poudre ou, pour un usage immédiat, en pains de gelée contenant 20 à 40% d'eau. Cette présentation est sens rapport avec la qualité. On peut apprécier empiriquement la qualité d'une gélatine par sa coloration (claire), son odeur (faible), l'absence de bulles dans les plaques, par la netteté des cassures et, surtout, par le fait qu'une bonne colle gonfle beaucoup dans l'eau froide et peut se dissoudre totalement à 50° dans cette eau d'absorption, sans former de grumeaux.
Mais une appréciation exacte des qualités ne peut se faire qu'au laboratoire, équipé pour de viscosité, de force en gelée, d'humidité, de neutralité de résistance aux micro-organismes.
Les plaques, perles, pastilles etc ... ne contenant guère que 10 à 15% d'eau se conservent facilement dans un local sec.Pour préparer une colle forte on fait gonfler la gélatine dans l'eau froide (110 à 300% du poids sec suivant la viscosité recherchée). Ce gonflement demande de 1 à 10 heures (suivant qu'on emploie la poudre, les perles ou les plaques cassées en morceaux). On chauffe ensuite au bain marie (60°) pour obtenir la dissolution. Il ne faut ni chauffer trop, ni chauffer trop longtemps. Contrairement à ce que l'on pense la résistance de la colle forte est diminuée par l'ébullition ou par un chauffage prolongé. Le mieux est de ne réchauffer que les quantités nécessaires à une opération. Cela ce fera utilement dans des appareils électriques à thermostat et dans des pots toujours très propres (nettoyage quotidien).
Les colles fortes résistant mal à l'humidité, on a cherché à pallier cet inconvénient :
a) par adjonction d'huile de lin siccativée par cuisson en présence d'oxyde de plomb
b) par adjonction à chaud (adjonction dangereuse devant se faire loin de toute flamme) de gomme sandaraque, de térébenthine et d'alcool.
c) par adjonction de durcisseurs comme : les tanins, l'alun, le bichromate de potasse, le formol. Ces produits, rendent la gélatine insoluble et imputrescible (les mêmes produits permettent le tannage des cuirs), mais les durées d'emploi des gélatines sont réduites. Une solution assez élégante consiste à imprégner le bois du durcisseur (formol par exemple), à laisser sécher et à enduire ensuite les faces de colle forte.
100 gr 150 gr 5 gr 10 gr
On a intérêt à employer les colles fortes sur des bois bien secs (moins de 12% si possible).
On étend 30 à 50 gr de matière sèche (soit 100 à 120 gr de colle) par m² simple face. Cela se fera toujours à l'abri de courants d'air, de façon à éviter la formation d'une pellicule sur le film de colle.
Le serrage ce fait au maximum 5 minutes après encollage à 5 ou 10 Kg/cm². On compte 3 à 5 heures pour des massifs, plus pour les placages, car l'humidité du joint disparaît plus lentement. Avec un durcisseur comme la formol, un panneau 3 plis, de 5mm demande 10 minutes de pression, à 85°.
Nous pouvons remarquer que l'élévation de température donne davantage de fluidité à la colle au début de l'opération. Mais, en provoquant l'évaporation de l'eau, elle augmente ensuite rapidement la viscosité puis la prise de la colle.
Les colles fortes présentent des avantages
a) il est facile da faire varier leur viscosité en fonction des besoins.
b) prise rapide
c) joints souples, surtout si l'on utilise un mélange de colle de peau et de colle d'os
d) les bois ne sort pas tachésMais on peut leur reprocher
a) de devoir être préparées et appliquées à chaud
b) de mal résister l'humidité et aux micro-organismes
L'albumine du sang se coagule à 70° ou à froid sous l'action de certains acides. L'albumine coagulée devient insoluble. Les colles de sont donc les plus résistantes à l'eau de toutes les colles organiques naturelles.Elles sont connues depuis fort longtemps. Les fabrications aéronautiques, lors de la première guerre mondiale, les ont remises en honneur, mais elles furent abandonnées ensuite au profit des résines synthétiques.
Le sang frais se corrompant vite on utilise surtout du sang desséché. Cela se fait à basse température pour que l'albumine ne soit pas coagulée au cours de cette opération.
La poudre de sang est dissoute dans l'eau tiède en présence d'un alcali (4 à 5% du poids du sang desséché) qui est : la chaux, l'ammoniaque ou la soude. On a des mélanges pour collage à chaud, ou à froid. Ainsi la formule suivante (Laboratoire Madison)
Sang desséché 100 Eau 170 Ammoniaque 4 Chaux éteinte 3 Eau 10
est une bonne formule de collage à chaud.
La préparation se fait ainsi : trempage de la poudre de sang dans l'eau tiède perdant 2 heur ; malaxage, puis filtration. 0n ajoute l'ammoniaque qui augmente la solubilité de l'albumine dans l'eau. On prépare le lait de chaux et on l'incorpore lentement.
Les colles de sang s'appliquent de préférence sur des bois bien secs (moins de 10%) mais prennent tout de même sur des bois assez humides.
On met 110 à 120 grammes au m² simple face (soit 35 à 50 gr de matières sèches. On assemble immédiatement sous presse chauffante. Quelques minutes suffisent pour un 3 plis 5 mm.
Mais les colles de sang ne sont plus guère employées depuis l'apparition des synthétiques. Le sang en poudre sert surtout comme de certaines colles chimiques. On pouvait
reprocher au colle de sang nue odeur désagréable et une assez mauvaise tenue aux attaques des moisissures et des champignons. Elles tachaient les bois clairs.
Les attisant Chinoise, les peuples méditerranéens, les ouvriers menuisier français du Moyen Âge ont tous connu l'art de coller les bois avec du lait caillé mélangé de chaux vive. Mais la fabrication industrielle des colles à la caséine ne fut entreprise, en Suisse et en Allemagne, qu'au XIXéme siècle. Ces colles furent surtout utilisées à l'apparition du contreplaqué.Le lait écrémé est coagulé à la présure. La caséine, lavée est essorée, moule, tamisée. C'est une poudre blanche jaunâtre, insoluble dans l'eau mais susceptible de se combiner aux acides et aux alcalis.
On prend généralement la chaux comme alcali.
La caséine est mise à gonfler dans l'eau (malaxage). On ajoute le lait de chaux et, au besoin, des produits antiseptiques ou chimiques, pour améliorer la colle (augmentation de la durée de vie par exemple). Il s'est formé durant l'agitation du bain pendent une demi heure, un liquide visqueux contenant essentiellement du caséinate de chaux qui va se comporter un peu à la façon d'un ciment, an faisant prise en une heure et demie ou deux heures.
Voici quelques formules classiques, correspondant d'ailleurs aux commerciales. Nous nous bornerons à deux formules de colles à froid et deux formule de colles à chaud
Caséine (tamis 90) 100 Chaux éteinte 18 Carbonate de soude 5 Fluorure de sodium 7 Eau 260 (Donc : matière sèche 130 Eau 260)
Caséine 100 Eau 220-230 Chaux éteinte 20-30 Eau 100 Silicate de soude 70 Chlorure ou sulfate de cuivre 2-3 Eau 30-50
Tous évoluons donc dans des formules qui comportent une partie de matières sèches pour deux parties d'eau environ
Eau 67 Chaux 30 Carbonate de chaux 8 Eau 500 Fluorure de sodium 10 Caséine 200 Silicatete de soude 67
Caséine 100 Eau à 75° C 165 Chaux éteinte 16 Farine de bois 37 Eau tiède 216 Formol 3
Qu'il s'agisse de la mise en oeuvre de ces formules ou de l'emploi des colles du commerce qui, pour un prix modéré, offrent des qualités constantes et sont d'un emploi facile il est recommandable :
1° ) d'opérer sur des bois à teneur inférieurs à 8% (mais il est encore possible d'obtenir des résultats valables jus qu'à 1 5%) .
2°) d'utiliser de 200 à 200 g/m² simple face (soit 60 à 100 gr de caséine sèche).
3°) un délai de 10 à 15 mn est possible entre l'encollage et la mise sous presse.
4°) Pression de 5 Kg/cm² à froid et de 5 à 10 Kg/cm² à chaud.
La pression est maintenue 6 à 1 0 heures à froid.A chaud, (95 ° à 100°) on comte 8 minutes plus une minute par millimètre d'épaisseur, du plateau au joint le plus interne.
Avantages: Prix modéré - Préparation facile - Enduction facile - Bon comportement
en joints épais - Prise aussi bonne à froid qu'à chaud - Bonne adhérence sur les résineux - Résistance convenable à l'humidité des colles améliorées.Inconvénients: Taches sur certains bois : chêne, acajou, noyer - Durée d'utilisation
assez court. Réhumidification
importante des bois.
La fabrication des colles de poisson, à partir des peaux, têtes, vessies natatoires, est parallèle à celle des colles fortes ordinaires.La prise est très lente à température ordinaire, ce qui permet de conserver ces gélatines à, l'état liquide dans un récipient bien fermé. Les charges ajoutées agissent ensuite, à
l'air, en accélérant la prise qui peut alors se faire en 2 ou 3 heures.Les colles de poisson sont coûteuses leur commodité d'emploi les fait rechercher pour les petites réparations. Les fabricants se sont ingéniés à fournir des compositions présentant une résistance convenable aux bactéries, moisissures, champignons, ainsi qu'à l'humidité.
Les deux guerres mondiales de ce siècle ont pesé des problèmes eux utilisateurs des colles animales, raréfiées sur le marché, au point d'atteindre des prix absolument prohibitifs durant la dernière guerre mondiale.
Aux: produite naturels sont venus s'ajouter :a) des résines rarement synthétiques obtenues en partant de combinaisons chimiques bien définies telles que : formol, crésol, acétylène, phénol, urée.
b) des résines demi synthétiques résultant de la modification de produits naturels comme : la cellulose, la caséine, le caoutchouc.
Les produits purement synthétiques ont pris de pus en plus d'importance par rapport aux autres. Ils agissent dans le collage du bois par la formation d'un corps nouveau. Ce corps nouveau, issu de la résine synthétique se forme soit par l'action d'un catalyseur (que l'on nomme plus généralement durcisseur) soit par l'intervention de la chaleur, et souvent par les deux à la fois. Lorsque cette transformation en corps nouveau est irréversible, la liaison est définitive : nous avons affaire à un corps thermodurcissable, immuable. Dans d'autres cas, le corps qui s'est formé reste sensible à la chaleur. C'est un corps thermoplastique.
Les colles artificielles peuvent se présenter :
a) en solution
b) à l'état solide
c) à l'état colloïdald) en suspension dans l'eau ou dans un liquide organique
En général les colles artificielles s'appliquent avec des quantités d'eau ou de solvants beaucoup plus faibles que les colles naturelles. Les bois sont donc beaucoup moins ré humidifiés, ce qui est appréciable.
Mais le mécanisme de leur action est beaucoup plus complexe et, par conséquent, la conduite d'une opération de collage est beaucoup plus délicate que le collage artisanal d'autrefois.
Les résines thermodurcissables, c'est à dire susceptibles de donner à la chaleur un joint dur, insoluble, se présentent soit sous forme de poudres, soit sous forme de liquides plus ou moins visqueux.On peut les classer ainsi :
Résines urée formol : (caurite, mélocol H)
" thiourée formol
" de mélamine : (mélamine formol : mélocol M)
" crésol formol
" résorcine formol (résine 12)
" phénoil formol (bakélite)
Les colles urée formol se sont répandues dans l'industrie européenne à partir de 1932 et surtout durant la guerre, par suite de la raréfaction des colles naturelles. Le type le plus courant est la caurite.
Le présentation commerciale offre trois aspects
a) sirop contenant 50 à 70% de matières sèches en suspension dans l'eau
b) poudre destinée à être délayée dans l'eau
c) films imprégnés de résine et séchés.Les durcisseurs sont soit en solution (colorée en rose, jaune, brun, bleu suivant la rapidité d'action), soit sous forme de poudre.
Les sirops se conservent de 1 à 6 mois. Les poudres sont de durée quasi illimitée. Les films craignent la chaleur et l'humidité.Les colles urée formol peuvent être allongées avec des
charges organiques : farines de céréales, farines de légumineuses, farines de bois, de coques de noix, fécules
ou minérales : plâtre, argile, terre d'infusoires.Il est important de connaître l'importance de ces charges, les conditions d'emploi se trouvant profondément modifiées.
Les colles urée formel s'emploient soit à froid, soit à chaud avec un durcisseur approprié à l'un et à l'autre cas.
La prise à froid demande en général plusieurs heures, alors qua la prise à chaud se fait en quelques minutes.
Nous allons envisager successivement
à la Caurite Caurite Collage à froid:
L'humidité moyenne du bois doit être de 8 à 17%.
Au delà de 20% le collage est pratiquement impossible.Le joint devant être particulièrement mince, il faut une surface bien préparée, bien plane (ne pas passer le rabot à dents). On peut :
1°) étendre sur une seule des surfaces de contact le mélange Caurite durcisseur. On laisse 10 minutes avant d'établir le contact et il faut établir la pression dans la demi heure.
2°) enduire une face de Caurite et 'l'autre de durcisseur. Le durcisseur devra sécher une demi heure au minimum (ne jamais accélérer ce séchage en chauffant). Au moment du collage seulement on met la Caurite sur la face à coller e t on établit le contact quelques minutes après.
Le durcisseur sera toujours appliqué sur les bois les plus pauvres en résine, de même que sur le contreplaqué si on doit poser un contreplaqué sur du bois plein.
La quantité de colle oscille entre 130-180gr/m².
Pression de 5 Kg/m² avec des presses à plateaux légèrement chauffants ou des cales chauffantes.Les bois peuvent être usinés quelques heures après la sortie de la presse, mais la résistance maximum
n'est atteinte qu'au bout d'une semaine.Les temps de serrage varient très largement avec le durcisseur employé et les températures ambiantes. On a des prises en 2 heures (à 20°) et en 35 heures (à 10°) .
Caurite Collage à chaud:
Pour qu'un collage à chaud réussisse parfaitement, il faut que la chaleur puisse se transmettre régulièrement dans le joint de collage. Pour cela il faut des feuillets suffisamment minces, n'excédant pas, en principe, 5 mm. On trouvera donc surtout l'application du collage à chaud dans la fabrication du contreplaqué et le collage des placages.
La chaleur étant l'élément principal de la polymérisation on emploie des durcisseurs moins actifs. La durée de vie de la colle se trouve donc augmentée. Elle atteint 8 heures, parfois plus.
Les bois à coller ne subissent aucune préparation spéciale autre que le séchage au taux d'humidité convenable (compris entre 6 et 15%). La surface doit être aussi lisse que possible pour permettre une couche de colle très mince.
On utilise le mélange Caurite + durcisseur qui est étendu et ne nécessite pas l'application immédiate de la pression. On peut atteindre et même dépasser 24 heures avant de mettre les surfaces en contact.
Le chauffe se fait de 95 à 105 ° sous une pression moyenne de 10 Kg/cm². La durée du serrage est fonction du durcisseur et de la température ambiante, en même temps que de l'épaisseur des bois à coller.
Durcisseurs employés pour le collage à chaud : ils sont au nombre de 4 dont deux sont communément employés dans les industries du bois ; un autre est spécifique de l'aviation et permet des collages résistant à l'eau bouillante, un quatrième enfin s'emploie pour la Caurite purs, c'est à dire non chargée à laquelle il est mélangé dans une proportion de 10%.
Le collage à chaud se fait à une dose moyenne de 110 à 170 gr/m² .
On calcule le temps sur la base de 5 minutes de temps de base + 1 minute par mm d'épaisseur jusqu'à la couche de colle la plus profonde. Ainsi pour contreplaqué 3 plis dont l'âme a 3 mm et les plis extérieurs 2mm, il faut
temps de base : 6 minutes
épaisseur 2 = mm : 2 minutes, soit un minimum de 6 minutes de pression pour avoir un collage de bonne qualité.
La caurite est très souvent chargée, et même fortement chargée (50% parfois de farine ; pour 100 gr da caurite sèche on a donc 50 gr de charge, 50 gr d'eau et 10 gr de durcisseur).
Il est nécessaire de ne pas forcer la charge en poudres minérales, ne serait ce que pour éviter une usure excessive des outils.
Ces Caurites employées à chaud donnent de bons résultats et sont pratiquement insolubles et inattaquables par les micro-organismes (sauf si elles sont trop chargées en farines).
Collage à chaud par procédé "Mousse":
Les joints des colles urée formol doivent être aussi minces que possible.
On ne peut cependant pas tomber au dessous d'une certaine richesse au m² en matière adhésive.
Mais, si l'on réduit au maximum la quantité de colle au m², il faut qu'elle soit d'autant mieux étendue. Une solution simple, pour mieux étendre la colle consiste à la rendre plus fluide, Par adjonction d'eau. Malheureusement on risque de tomber à un point de viscosité trop faible et, d'autre part, on ré humidifie trop le bois.
Le palliatif sera une charge (amidon, fécule, poudres minérales, terres argileuses).L'originalité du procédé "mousse" réside dans l'emploi d'une charge gazeuse : l'air,tout simplement et d'une certaine quantité de charge organique : la caséine.
Préparation : dans un malaxeur on introduit la caséine et l'eau bouillante, puis ensuite le durcisseur spécial pour ce procédé, l'eau froide et enfin la colle. Le Mélange est fait lentement. On accélère ensuite le mouvement du malaxeur de façon à "faire monter" le mélange. La mousse se maintient pendant 2 à 3 heures.
On arrive à employer de cette façon 70 à 80 gr/m² de colle pure.
La mise sous presse doit suivre de très près l'encollage.
Les colles à la mélamine ont été mises au point en Suisse et en Allemagne durant la dernière guerre mondiale. Les Américains les ont fabriquées ensuite..
Ces colles ne sont jamais présentées liquides, à cause de leur aptitude particulière au durcissement. Ce sont des poudres un peu jaunes, pouvant se stocker plusieurs mois. Elles sont formées de résines (condensation mélamine formol) et de charges en quantités souvent importantes, la résistance des joints n'étant pas diminuée, même pour des charges atteignant 150%.
Les colles mélamine formol s'emploient avec un durcisseur, liquide le plus souvent pour les collages à chaud, en poudre aussi pour des collages à température moyenne.
La durée d'utilisation des colles à mélamine varie de 2 à 4 heures pour les produits dont la prise s'effectue à des températures de 50° à 90°. Elle est beaucoup plus importante pour les colles à chaud (24 à 36 heures pour celles qui font prisé à 110 150°).
L'humidité des bois ne doit pas être excessive, mais peut monter entre 6 et 10% sans être gênante.
Une pression de 8 à 15 Kg/cm² est réalisée et un serrage de 4 ou 5 minutes à 100° (avec un durcisseur approprié dans la colle) est suffisant pour une polymérisation permettant le travail.
La principale colle de mélanine employée en France est importée de Suisse sous le nom de Melocol M. Elle est livrée en 3 parties : colle pure, durcisseur, (solide pour prise lente) et charge.
Elle s'utilise très facilement et donne des joints d'une très bonne résistance mécanique, d'une bonne tenue à l'eau et aux agents chimiques et micro organismes.
Mais la mélamine est chère et il faut compter 200 à 250 gr/m² simple face.
D - COLLE PHENOL-FORMOL ET CRESOL-FORMOL
Ces colles présentent un ensemble d'avantages sérieux et aussi des inconvénients qui limitent assez leur emploi.Notons tout d'abord que les résines formol phénol ont été commercialisées vers 1930, après avoir été découvertes en ) 1909.
Elles se présentent :
a) sous forme de poudres solubles dans l'eau, l'alcool, ou un mélange eau alcool
b) sous forme liquide: La solution est faite. C'est un sirop plus ou moins visqueux et brun.
e) sous une forme tout à fait originale : papier extrêmement mince imprégné de résine.
Les poudres peuvent se conserver à peu près indéfiniment dans des récipients étanches).
Les colles en film (tagafilm) peuvent se conserver au sec jusqu'à un an.
Les colles liquides se conservent au maximum quelques mois.
Il est possible d'incorporer à ces colles des charge telles que : farines de bois ou de coques de noix, écorces broyées, sang desséché en poudre.
Leur polymérisation se fait soit sous la simple action de la température, plus ou moins élevée, mais dépassant toujours nettement 100 ° (en principe de 115 à 1 40 °) , soit sous l'action de catalyseurs alcalins, à la température ordinaire.
Ces colles sont assez chères, parfois difficiles . d'emploi mais offrent d'excellentes résistances mécaniques, une insolubilité totale et sont invulnérables aux micro organismes si en les emploie pures, exemptes de toutes charges.
On peut les classer en :
1 °) colles à haute température qui s'emploient, sur des bois très secs (d'autant plus secs qu'ils sont plus minces). On doit ramener avant collage les placages entre 2 et 6%, tandis que les bois massifs peuvent supporter entre 6 et 10%. On séchera les bois résineux un peu plus que les feuillus. La colle est étendue à raison de 120 à 150 gr/ m² soit 50 à 100gr de matière sèche. A partir de ce moment la prise se fait en quelques heures, ou en plusieurs jours, voire plusieurs semaines.
La pression, de 5 à 18 Kg/cm², maintenue durant 3 à 6 minutes de base + une minute par mm d'épaisseur; fait disparaître une certaine quantité d'eau, à cause de la température élevée des plateaux de la presse.
2°) colles à température moyenne et à froid. Devant le manque d'enthousiasme de beaucoup d'utilisateurs on a créé plus récemment des colles dont la température de polymérisation est de70° à 120. Certaines sont même utilisables, avec un catalyseur, à la température ordinaire. La durée de prise varie évidemment avec la température appliquée
La polymérisation est obtenue par un catalyseur qui est le plus souvent acide et il est intéressant que le mélange obtenu soit neutre ou faiblement basique, afin d'avoir une action, minimum sur les constituants du bois (cellulose).
Ces colles ont une durée de vie de 2 à 6 heures à température ordinaire (25°) et peuvent s'employez même sur des bois humides tout en donnant les résultats les plus satisfaisants avec des bois entre 5 et 10%.
On utilise 200 à 250 gr par m², répartis sur les 2 faces à réunir.
La pression utilisée est de 6 à 15 Kg/cm². Elle est maintenue un temps très variable suivant le
type colle et la température. Ces colles conviennent parfaitement dans des fabrications des lamellés.Ces Colles furent mises au point il y a une vingtaine d'années. Elles n'ont qu'un seul défaut : leur prix de revient assez élevé, ce qui en fait limiter l'emploi au cas où la tenue aux intempéries est absolument indispensable. Ainsi la réalisation de charpentes lamellées collées (en plein essor à l'heure actuelle) exige ces colles.
Les produits mis en vente sont une résine provenant de la polymérisation incomplète de la résorcine et du formol. Dans cet état la résine a été mise en solution dans un mélange d'eau et d'alcool et se présente avec une couleur brune rappelant
celle de la bakélite un durcisseur à base de formol, livré à part en même temps que la colle va permettre à la polymérisation de reprendre et de se parachever. Cela se produira dans des conditions intéressantes puisqu'il ne sera plus nécessaire d'atteindre des températures élevées. Le temps de polymérisation variera avec la température.
Ainsi à froid (25 ° ou 30 °). on peut obtenir des joints très satisfaisants avec 4 à 5 heures de polymérisation. Mais si les circonstances de fabrication permettent d'opérer à chaud (90 ° ) la polymérisation ne dure que quelques minutes en donnant des joints rigoureusement insoluble et inattaquables par tous les agents habituels de destruction.
Ces colles présentent aussi l'intérêt de pouvoir se mélanger avec des résines phénoliques (moins conteuses) et avec des charges qui, en général, sont~ mêlées au durcisseur.
Les constituants peuvent se conserver environ un an.
La préparation s'accompagne réaction exothermique nécessitant le refroidissement par l'extérieur du récipient employé. Celui ci est en cuivre, laiton ou porcelaine; il ne doit absolument pas être en fer ou en aluminium. On y verse d'abord le sirop n°2, puis très lentement la sirop n°1 en ne préparant que la quantité nécessaire pour un travail d'une durée de cinq heures.
Comme pour les colles phénol formol à froid, les 200 à 250 gr/m² nécessaires sont répartis sur les deux faces à assembler et la mise en contact se fait dans la demi heure qui suit l'étendage. On attend environ un quart d'heure pour appliquer la pressions, de l'ordre de 2 à 5 Kg/cm². On peut compter 4 à 5 heures à 20°, une heure à 50°, 30 minutes à 70°, cinq à dix minutes à 90 ° ou 95 ° , quelques minutes et dans certains cas quelques secondes à 100°.
On peut affirmer que le seul défaut de ces colles est leur prix de vente élevé.
F - AUTRES COLLES THERMODURCISSABLES
Les polymérisations du type phénol formol concernent de nombreux autres produits et l ' on continues à les étudier dans le cadre de recherches de matières plastiques.
Ainsi il existe des résines :
Phénol-acétylène
Phénol-colophane-formol
Furfurol-formol (le furfurol pouvant être extrait du bois).Les colles pouvant être fabriquées avec ce résines peuvent être très intéressantes dans des cas particuliers où l'on peut s'accommoder d'une polymérisation assez longue.
Contrairement à toutes les colles précédentes les colles thermoplastiques se ramollissent la chaleur et le durcissent par refroidissement. Ce sont principalement des colles acryliques (famille de l'altuglas) et les colles vinylique (acétate ou butyrate de polyvinyle). Ces produits nous fournissent des colles à bois très couramment employées dont il faut cependant connaître la fragilité à chaud. La maintien prolongé à une température de l'ordre de 50° amène un affaiblissement des joints.
Ces colles sont vendues soit sous forme solide : poudres, pastilles agglomérées, soit sous forme liquide : émulsions dans l'eau (consistance crémeuse) ou solutions dans des solvants organiques (alcool, acétone, acétate d'éthyle) qui se présentent sous consistance sirupeuse renferment parfois des épaississeurs ou charges.
A l'état solide, les produits sont de conservation à peu près indéfinie. Les solutions sont également assez stables à condition d'empêcher l'évaporation du solvant. Les émulsions présentent des risques de coagulation.
Les solutions s'emploient pour le collage à chaud. La colle étant étendue, le solvant s'évapore et il reste une pellicule de colle que la chaleur ramollit. Elle pénètre alors dans les inégalités de surface, augmentant ainsi l'adhérence mécanique.
Les émulsions agissent différemment. L'eau entraîne dans les porosités les particules microscopiques de résine qui se trouvent ainsi très régulièrement réparties partout. Ces particules se coagulent et adhérent entre elles. La chaleur n'ajouterait absolument rien et donc totalement inutile. Elle pourrait même être nuisible en provoquant une pénétration excessive dans le bois.
On utilise sur des bois secs ou modérément humides 150 à 200 grammes au m² de ces colles réparties sur les 2 faces à assembler et la prise se fait en 3 heures environ pour les émulsions et en quelques minutes à 70° pour les solutions.
Ces colles sont appréciées pour leur facilité d'emploi :
bonne conservation, joints peu visibles, prix modérés. Mais la tenue des joints à l'eau est médiocre et la sensibilité à la température est parfois gênante puisque, à 45 ° nous constatons déjà une: diminution sensible d'une résistance qui devient pratiquement nulle au delà de 75 ° avec n'importe laquelle de ces colles.Les solutions d'acétate de cellulose dans l'acétate d'amyle ou d'éthyle sont couramment vendues dans le commerce . Le solvant s'évapore très rapidement en donnant un film cellulosique de bonne tenue. Le prix élevé des solvants intervient assez lourdement.
Le caoutchouc chloré est soluble dans le benzène, le xylène, le toluène et leurs dérivés à base de chlore.
Les adhésifs ainsi obtenus prennent rapidement, mais ne présentent leur résistance maximum qu'au bout de 8 jours. Il ne faut pas escompter une très forte résistance mécanique, mais la tenue à l'humidité est vraiment excellente .
Dans certaines formules commerciales, les adhésifs de cette espèce sont ajoutés à d'autres colles dont on désire accroître la résistance des joints à l'eau.
Souvent, on l'a constaté, il est intéressent d'obtenir des joints d'une résistance mécanique plutôt moyenne qu'élevée, mais qui doivent conserver une certaine souplesse parce qu'ils unissent des matériaux d'élasticité très différente.
De plus on demande fréquemment la possibilité d'obtenir une adhérence instantanée. On conçoit mal par exemple le revêtement mural qui nécessiterait d'être soutenu durant une période de prise de plusieurs heures.Les colles dites de contact permettant cette double condition : souplesse du joint, adhérence immédiate. Le Mécanisme de leur fonctionnement est le suivant :
a) la colle est mêlée à un solvant qui permet l'étendage
b) la colle devient gommeuse par élimination du solvant en quasi totalité. Elle doit alors conserver un fort pouvoir adhésif, ce qui n'est pas le cas des colles précédemment étudiées. Seuls des produits comme le latex, la gutta, le néoprène répondent à ces exigences.
c) les deux surfaces sort alors mises en contact, adhèrent instantanément et, sous l'influence de
vulcanisant contenus dans la colle, le joint prendra dans les jours suivants une résistance
maximum.Parmi les colles de contact, les plus importantes dans l'industrie du bois sont les colles au néoprène qui permettent le collage des stratifiés plastiques sur leur support, le collage de panneaux de fibres, de contreplaqués employés comme revêtements muraux et le collage de certaines matières plastiques (il faut être très prudent dans ce domaine et faire des essais).
Le collage avec des colles de contact présente quelques particularités importantes :
1 °) Il faut absolument se persuader que les solvants doivent être évaporés au moment ou l'on met les éléments en contact, ce qui se vérifie au doigt qui ne doit pas adhérer, et en observant rigoureusement le délai d'attente indiqué par le fabricant.
2 ° ) Les deux surfaces doivent être enduites de colle
3 ° ) Les matériaux poreux comme le plâtre recevront 2 couches successives. Ce ne sera pas mauvais non plus avec certains bois.
4 ° ) Une fois les surfaces encollées mises en contact, il y a impossibilités de les déplacer.
