Un tube de colle et son liquide gélatineux.

Une colle, ou glu, est un produit de consistance liquide, gélatineuse ou pâteuse servant à lier des pièces entre elles par contact. Ces pièces peuvent être de même nature ou de natures différentes .

On a l'habitude de distinguer le collage de positionnement, qui ne nécessite pas de résistance particulière, et le collage structural, qui permet de réaliser des assemblages susceptibles de transmettre des efforts importants.

Historique

Brai végétal.

Le brai végétal est la plus ancienne colle utilisée par l'humanité. Il a été extrait de l'écorce de bouleau depuis au moins 200 000 ans, et jusqu'à la fin de la Préhistoire : la résine extraite à chaud était utilisée après refroidissement.

Dans l'Égypte antique, les ébénistes fixaient les pièces de bois avec des colles fabriquées à base de déchets de boucherie bouillis (sabots, cornes, os, peaux, tendons, etc.) : on parle de colle d'os. La colle de peau est employée au XIX siècle, elle se tire par ébullition de diverses peaux, telles que de la peau de mouton préparée pour les gants, de la peau de veau non préparée et que l'on nomme brochette, du cuir de lapin, du parchemin, etc.

De nombreux peuples nomades des steppes de l'Asie centrale utilisaient des arcs composites faits de corne et de bois collés à la colle animale. Ces arcs ont contribué au succès militaire des Scythes, des Parthes, des Huns, des Mongols, entre autres.

Aujourd'hui, les colles naturelles sont la colle de poisson, la colle de peau (utilisées en peinture et en ébénisterie) et la colle d'amidon (utilisée pour les collages de papier) ; on y ajoute parfois des huiles (comme l'huile de lin ou l'huile d'amande amère) afin d'éviter les risques de moisissure.

Les colles dans le monde contemporain

Les colles synthétiques d'aujourd'hui permettent parfois des assemblages plus solides que les méthodes classiques comme les rivets ou les écrous. Citons la résine époxyde, utilisée dans des matériaux composites, le mastic polyuréthane (souvent appelé Sikaflex ou Sika, du nom d'une marque le commercialisant) ou encore la simple colle à bois (colle vinylique) dont les menuisiers disent qu'elle casse plus difficilement que le bois lui-même. L'arrivée de ces colles sur le marché a permis des procédés de fabrication nouveaux, impensables autrefois. Ceci a entraîné de grandes économies de temps et d'argent, et autorisé l'émergence de technologies nouvelles. De même que pour les archers d'autrefois, les colles jouent un rôle capital dans nos existences.

Composition

De gauche à droite : colle d'os, colle de peau, colle de peau de lapin.

Colles d’origine végétale : à base de gui, de sève de résineux, d'écorce de houx, d'huile de lin cuite, d'amidon (à la base des colles blanches utilisées par des enfants, sans danger, lavables et comestibles).

Colles d’origine animale : obtenues par cuisson de matières riches en collagène : colle de peau de lapin, colle d’os, colle de nerf, colle de tendons, colle de poisson, etc. Un ébéniste pourra mélanger diverses colles pour obtenir un produit sur mesure. Ce sont des colles réversibles (décollage possible dans certaines conditions sans dégradation des matériaux).

Colles de synthèse : ce sont les colles modernes : colle vinylique (colle blanche), acrylique, aliphatique, cyanoacrylate, polyuréthane, époxyde, néoprène, colle thermofusible (ou hot melt), silicone, etc.

Temps d'utilisation

Le mode d'emploi d'une colle contient souvent des termes techniques dont il faut tenir compte ; ils précisent, entre autres, les délais dont on dispose pour travailler.

Accostage : opération qui consiste à approcher et mettre en place les pièces à assembler dans leurs positions définitives.

Temps ouvert : période comprise entre l'ouverture du pot et le début de la prise de la colle.

Temps de gommage : période pendant laquelle la colle étalée s'épaissit et augmente son pouvoir d'adhérence. Les pièces à coller ne doivent pas être mises en contact.

Temps de travail : période idéale pour effectuer l'assemblage. Passé ce laps de temps, le collage risque d'être défectueux.

Tack (ou pégosité) : pouvoir d'adhérence immédiat de la colle à l'instant où les deux pièces entrent en contact.

Adéquation de la colle au support

Il est important de bien choisir la colle en fonction du matériau à coller. Les solvants contenus dans celle-là peuvent par exemple attaquer celui-ci ; certaines matières plastiques sont en revanche pratiquement impossibles à coller, ce qui les rend irréparables. Certains milieux peuvent s'avérer hostiles : humidité, ultra-violets, hydrocarbures, températures élevées, entre autres, peuvent endommager la liaison et provoquer sa rupture ; assez pour entraîner de véritables catastrophes. Pour aider au choix de la colle, on peut procéder à des essais en laboratoire. On peut citer les essais de pelage, traction, cisaillement, fatigue, ou encore l'Adhésion par Technologie de Test Centrifuge (CATT) dont le principe est d'appliquer une force centrifuge croissante sur de petits assemblages collés avec différents matériaux ou adhésifs jusqu'à atteindre le décollement (rupture) des matériaux ou de la colle. L'avantage principal est de faire des essais en batterie en utilisant peu de colle et en testant toutes sortes d'assemblage.

Polymérisation des colles

Les colles polymérisent (parfois après ajout d'un catalyseur). Lorsqu'une colle se polymérise cela signifie qu'elle sèche en surface (formation d'une peau en quelques minutes à dizaines de minutes). Dans certains cas, elle ne durcit jamais totalement, conservant l'aspect compact et élastique d'un caoutchouc. Les résines durcissent totalement. Certains assemblages collés peuvent être renforcés par le chauffage des pièces sous presse. Cette technique pourrait notamment se développer pour le collage du bois dans l'architecture.

Usages

Collage industriel

Le collage est une technique d'assemblage largement utilisée dans l'industrie automobile ou ferroviaire entre autres.

Il existe différents types de colles dans les industries : colle à bois…

Les pare-brise, moquette, joint, cache attelage sont des exemples de ce qui peut être collé.

Le collage est une technique fiable et reproductible pour peu que l'on soit rigoureux et attentionné.

En effet, une simple modification de l'environnement, des produits de nettoyage, ou une pollution non maitrisée peut entrainer une catastrophe lors de l'assemblage.

Quelques chiffres : en moyenne il faut 80 kg de colles dans le montage d'une automobile et près de 700 kg dans le montage de certaines voitures ferroviaires.

Autres usages

Certains types de colles ont été utilisés pour la conservation de la viande.

De la colle contenue dans un sac plastique ou une bouteille, consommée par le nez, est parfois utilisée comme drogue. Les dommages sont des maux de tête, un mal de gorge, un essoufflement.

Principes généraux

Plusieurs modèles ont été imaginés pour expliquer le fonctionnement de la colle. Aucun n'explique entièrement le phénomène, et il est probable que plusieurs coexistent. Le phénomène est appelé adhésion.

Les principales théories sur l’adhésion dans le cas d’un adhésif peuvent être regroupées en deux catégories : l’adhésion physico-chimique et l’adhésion mécanique.

L’adhésion physico-chimique regroupe la création de liaisons covalentes, électrostatiques et de van der Waals entre l’adhésif et le matériau.

L’adhésion mécanique s’intéresse aux surfaces de contact. Par exemple, la théorie de l’ancrage mécanique stipule qu’un matériau rugueux collera mieux qu’un matériau parfaitement lisse, jusqu’à une certaine limite où des bulles d’air se forment. Ceci implique que plus l’adhésif mouille le matériau, c’est-à-dire plus il occupe une surface importante sur le matériau, plus le collage sera résistant.

Un autre élément est la diffusion des polymères : si l’adhésif est composé de polymères, ceux-ci vont pouvoir passer d’un matériau à l’autre et vont pouvoir « accrocher » le matériau.

covalentes (centaine de kJ/mol)

électrostatiques (variable)

hydrogène (10 à 20 kJ/mol)

de van der Waals (< 10 kJ/mol)

Ancrage mécanique (selon la rugosité du matériau)

Mouillage de l’adhésif sur le matériau (qui entraine une plus grande surface de contact)

Interdiffusion des polymères (dans le cas d’une colle polymère)

On peut définir le collage comme le procédé permettant de maintenir de façon durable et solide deux substrats entre eux. La liaison entre ces deux supports est alors d’origine chimique, et non mécanique. La colle est déposée sur le ou les substrats, et suivant le process l’affichage s’effectue après une période définie et la réaction conduisant aux propriétés finales commence alors.

Mais pour obtenir de bonnes performances, la colle doit être compatible avec le support. L'adhésion sur un solide fait ainsi intervenir deux notions principales :

l'interaction liquide solide, qui caractérise l'adhésion ;

le mouillage, qui caractérise l'étalement du liquide sur le solide.

La mouillabilité représente l'aptitude qu’a un liquide à occuper la plus grande surface possible lorsqu'on le dispose sur une surface solide. Il est nécessaire d’appréhender le principe d’énergie de surface pour comprendre les mécanismes de collage.

L'énergie superficielle d'un liquide, aussi appelée tension superficielle, caractérise l'aptitude qu'a la surface d'un liquide à prendre la plus petite valeur possible dans un milieu donné. Elle caractérise également la cohésion d'un liquide puisqu'il faut vaincre les forces de cohésion interne de celui-ci pour accroître cette surface. Mécaniquement, elle s'exprime comme une force s'opposant à un accroissement de surface.

L'équilibre des forces donne l'équation de Young :

E_lv cos q + E_sl = E_sv

où E_s, E_sl, E_l représentent l'énergie de surface du solide, l'énergie interfaciale liquide solide et la tension superficielle du liquide.

Énergie superficielle critique : l'étalement du liquide n'est parfait que si l'angle de contact A est nul. Cette valeur correspond à une valeur critique de l'énergie superficielle du solide qui permet de prédire que si :

E_l < E_c alors A=0, le mouillage est bon ;

E_l > E_c alors A est positif, le mouillage est mauvais.

L’ensemble des forces qui s'établissent entre l'adhésif et la surface du solide peuvent être traduite comme suit :

Théorie mécanique : l'adhésion a longtemps été considérée comme étant un simple problème mécanique, la solidité du joint résultant de la pénétration de l'adhésif dans les aspérités de la surface solide. Ceci expliquerait une partie de l'adhésion.

Théorie électrique : l'adhésion serait due à l'établissement d'une couche électrique aux interfaces, les forces étant de nature électrostatique. Cette théorie reste très controversée.

Théorie chimique : elle interprète la liaison par la formation de liaisons covalentes entre deux corps en présence. Ceci n'a lieu que dans certains cas.

Théorie de la diffusion : il y a inter-diffusion entre les deux surfaces en présence. Elle suppose la solubilité mutuelle des matériaux. Le collage du PVC en est un exemple.

Théorie thermodynamique : elle indique l'établissement de liaisons faibles (forces de van der Waals) entre les surfaces. Ces forces s'exercent sur de faibles distances et existent dans tous les cas de figure. Les forces de van der Waals résultent de la dissymétrie de répartition des charges positives et négatives, entrainant la formation de dipôles aussi bien dans le polymère que dans le substrat et s'unissant tête-bêche. Ces différentes hypothèses montrent que les phénomènes d'adhésion ne sont pas encore bien élucidés.

黏着剂也称胶黏剂、黏合剂，在1742年被美国人亨利·库特博士（Dr. Harry Coover）发明。指将两个物体黏在一起的材料，根据所要黏合材料的特性（主要是表面特性，如粗糙度），使用不同的黏着剂。

黏合剂其实是稀释的树脂，而树脂本身就具有黏性。但有的胶水成份是：聚乙烯醇、水、防腐剂。

透明胶水（香港及**用语）是平时文字处理、从事美劳创作常用的一种黏着剂，它的成分是聚乙烯醇和及硼砂。聚乙烯醇是一种水溶性塑胶，当把聚乙烯醇加入水时，聚乙烯醇会溶解在水，再把硼砂加入时，硼原子与氧原子会将聚乙烯醇分子串在一起，所形成的黏稠状液体就是胶水。而胶水在空气中会慢慢凝固，而且是不可逆的。

透明胶水是一种黏着剂，其黏着的原理如下：当透明胶水涂在纸张上时，胶水本身的分子和纸张的分子会出现「键结」，胶水会有黏性原因是胶水的分子亲水基团多导致以水为中介，彼此互相吸引纠缠产生黏性，胶水的凝固是一个化学反应。

液态的透明胶水用手摸起来感觉黏黏的，其原因是：聚乙烯醇含有许多羟基（醇基，R－O－H），具有极性，且可与水形成氢键，彼此互相吸引纠缠产生黏性。如果把胶水用更多水稀释，此时胶水分子被水分子隔开太远了，黏性就会快速下降。

而快干胶又称AA胶或超能胶，则使用Cyanoacrylates作为主要的组合剂。当胶水一接触到空气，那些空气中的水份会与它作用，把溶剂蒸发接合剂聚合放热，变成强韧的所谓Super Glue胶黏贴着接触面。由于它的溶剂在瞬间蒸发，所以你会嗅到它的气味。

黏合剂亦可以用天然材料制造，就是熟马铃薯。 某地农村的工人经常出去贴传单，在贴的过程中发现：用煮熟的马铃薯做黏合剂非常好用。因为马铃薯的主要成份是淀粉，是天然的固体胶。

具体做法：用熟马铃薯往墙上擦几下，把要贴传单的位置抹遍，然后把传单端正的粘贴，用手一抹，就好了。这样粘贴去的传单非常牢固，也很难撕下来。不仅在水泥墙上非常好用，就是贴在光滑的瓷砖上也可以的。

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