Quelques questions sur la colle EPOXY

[invite5208bc2e]

Bonjour !

Mon binôme et moi même, élèves de Sup' PCSI , avons choisi pour sujet de TIPE les colles EPOXY.

Nous vous serions grès de nous venir en aide afin d'expliquer quelques résultats expérimentaux.

En effet, nous avons fait des expériences de rupture d'assemblages de plaquettes d'alu collées par la colle EPOXY. Nous aurions aujourd'hui besoin de votre aide pour expliquer qq résultats expérimentaux qu'il serait bon, sinon d'expliquer, de tenter de rendre plausible. Succinctement, nos questions tournent autour de...

* les mécanismes expliquant l'adhésion au niveau de l'interface entre l'alu (et son oxyde ?) et le joint de mélange résine EPOXY / durcisseur
* les raisons expliquant qu'un métal ayant au préalable subit un traitement de surface H2SO4 et chrome offre une meilleur résistance à la rupture qu'un substrat non traité
* pourquoi un mélange contenant davantage de durcisseur est plus souple qu'un mélange 1 pour 1 ?

En espérant que rapidement vous puissiez répondre à ces quelques points.
D'avance un grand merci !
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[moco]

Une feuille d'aluminium ayant subi un traitement de surface est recouverte d'une couche plus épaise d'alumine que d'habitude. Et cette couche d'alumine Al₂O₃ est formée de sortes de minuscules tubes creux, parallèles entre eux et perpendiculaires à la surface. La colle s'insinue dans et autour de ces tubes. Le contact est bien meilleur.

La colle la plus tenace et la plus dure est la colle epoxy où le mélange est idéal, c'est-à-dire stoechiométrique. Dès qu'on s'écarte du mélange idéal, il reste dans la masse une partie des molécules (durcisseur ou pas durcisseur) qui n'ont pas réagi. La matière est alors plus souple, plus molle et moins adhésive.

[invite5208bc2e]

Merci pour la réponse.

Voilà une théorie mécanique expliquant l'adhésion.
Mais n'y aurait-il pas des liaisons chimiques qui se créeraient entre les composants epoxy / durcisseur et le substrat aluminium ??? La liaison ainsi obtenue serait forte.

[moco]

L'aluminium n'a que très peu de chance d'être touché par la colle epoxy. S'il y avait un contact possible, ce contact se serait déjà produit avec les molécules d'oxygène de l'air, avant l'opération de collage et il se serait formé une couche d'oxyde d'aluminium à cet endroit.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite5208bc2e]

Et cette couche d'oxyde d'aluminium justement, quelle est sa formule ?
Des atomes Al ? Al3+ ? Al-OH ?

Une réaction n'est-elle pas envisageable entre une amine ou un époxy et cet aluminium ou son oxyde ?

M'est avis que si. Cette colle époxy se caractérise justement par des liaisons fortes de type chimique avec le substrat. L'adhésion s'explique alors par une théoprie chimique en plus de la théorie mécanique.

Mais quel mécanisme envisager ??

[invite6bdd0ee0]

* pourquoi un mélange contenant davantage de durcisseur est plus souple qu'un mélange 1 pour 1 ?

si tu entend par durciceur "ammorceur" de la réaction de polymerisation, alors le faite qu'un mélange non stochimetrique soit plus souple n'est pas lié au molecules n'ayant pas réagient mais au faite que avec plus d'ammorceur tu va statistiquement diminué la longueur des chaines et la réticulation de ton polymer final c'est pour cela qu'il sera plus souple

par contre ça me semble etrange un melange 1:1 pour une résine epoxy.
pour te repondre correctement il faudrai connaitre la composition de ton monomère et de ton durciceur (qui si tu fait du melange 1 pour 1 doit soit être un comonomer ou un melange d'oligomer)

[moco]

Zelloc, tu m'inquiètes. Tu as l'air d'avoir des lacunes extrêmement graves en chimie. Je recopie ta question, en italique :
Et cette couche d'oxyde d'aluminium justement, quelle est sa formule ?
Des atomes Al ? Al3+ ? Al-OH ?

Ces trois propositions sont toutes les trois aussi absurdes et fausses les unes que les autres. Je les reprends.
1- Al. Mon commentaire : L'oxyde d'aluminium n'est pas de l'aluminium. Un oxyde a par définition au moins un atome d'oxygène.
2 - Al³⁺. Mon commentaire : Un ion ne peut d'abord pas exister tout seul. Il doit être accompagné d'un autre ion de charge contraire. D'autre part, un ion existe en solution (et pas en couche). Et là encore, un ion comme Al³⁺ n'a pas d'atome d'oxygène. Ce ne peut pas être un oxyde. Et le mot oxyde de quelque chose désigne une molécule neutre, pas un ion comme Al³⁺.
3 - Al-OH. Mon commentaire : C'est la proposition la moins horrible des trois. Al-OH, si elle existait, est au moins une espèce neutre, et contient un atome d'oxygène. L'ennui, c'est que cette molécule n'existe pas, et ne peut pas exister, car Al a valence 3, puisqu'il est dans la colonne 3. Est-ce que tu sais ce que c'est que la valence, la covalence ?

Les molécules que Al peut faire avec l'oxygène sont :
1- l'oxyde d'aluminium Al₂O₃, de formule développée : O=Al-O-Al=O
2- l'hydroxyde d'aluminium Al(OH)₃

Je te conseille de revoir ces notions fondamentales, avant d'aller plus loin. Sinon, tu nageras en plein brouillard.

[invite5208bc2e]

si tu entend par durciceur "ammorceur" de la réaction de polymerisation, alors le faite qu'un mélange non stochimetrique soit plus souple n'est pas lié au molecules n'ayant pas réagient mais au faite que avec plus d'ammorceur tu va statistiquement diminué la longueur des chaines et la réticulation de ton polymer final c'est pour cela qu'il sera plus souple

par contre ça me semble etrange un melange 1:1 pour une résine epoxy.
pour te repondre correctement il faudrai connaitre la composition de ton monomère et de ton durciceur (qui si tu fait du melange 1 pour 1 doit soit être un comonomer ou un melange d'oligomer)

En quoi le fait de raccourcir la taille des chaine de polymère rend l'ensemble plus souple ?

Les produits utilisés :
résine Bisphenol A/F
durcisseur Polyamine cycloaliphatique modifiée

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Mes connaissances en chimie sont peut-être moindre que les tiennes mais elles existent. Je me permet juste de me défendre un chouya.

Les molécules que Al peut faire avec l'oxygène sont :
1- l'oxyde d'aluminium Al2O3, de formule développée : O=Al-O-Al=O
2- l'hydroxyde d'aluminium Al(OH)3

Explique-moi alors comment une liaison forte de type doublet liant peut se former entre epoxy ou amine et Al2O3 ou Al(OH)3 ?
Et pour le chrome du traitement de surface ensuite ? Comment expliquer l'adhésion plus forte ?

De notre coté, avec mon binome de TIPE, nous avions pensé à une réaction de type coordination entre un doublet non liant d'un cycle EPOXY ouvert -O| et une vacance électronique de Al

[invite5208bc2e]

par contre ça me semble etrange un melange 1:1 pour une résine epoxy.
pour te repondre correctement il faudrai connaitre la composition de ton monomère et de ton durciceur (qui si tu fait du melange 1 pour 1 doit soit être un comonomer ou un melange d'oligomer)

Un des points de notre TIPE est d'observer l'effet de la proportion durcisseur/résine sur la qualité du collage.
Ainsi nous avons réalisé 3 lot de mélanges amine/epoxy 1 pour 1 , 1 pour 2, et 2 pour 1. Quand j'entends 1 pour 1, cela signifie une fonction amine réagit avec une fonction epoxy. Dans le mélange 2 pour 1, il reste la moitié des fontions amines (libres) n'ayant pas réagit avec le réactif limitant epoxy. Dans le mélange 1 pour 1, a priori, il ne reste ni epoxy, ni amines libres.
Ces fonctions sont portées par des polymères bien entendu. Et ce sont ces polymère non fixés qui restent libres dans les cas 1 pour 2 et 2 pour 1.

[invite6bdd0ee0]

bon j'ai pas regardé en detail tes monomers mais visiblement tu a un systeme de copolymer (dont l'un contien sans doute un ammorceur en quantité catalitique), donc dans ce cas il faudrai regardé les raport de réactivité de chacun des monomers du systeme pour savoir le mecanisme de copolymerisation mise en jeu (alterné, statistique, bloque ...).
car dans le cas d'un mecanisme alterné parfait (r1=r2=0) le fait de ne pas être en proportion 1:1 diminue la réticulation et donc la rigidité (pour une explication detaillé regarde dans n'importe quel bouquin de chimie macromol tout est dedant^^)

mais dans le cas d'un copolymer statistique la variation de proportion des monomers peu faire varié les propriétées physique du tout et la pas de règle général.