Défaillance adhésive ou cohésive : lire la rupture

Lire une surface de rupture : défaillance adhésive, cohésive et du substrat

Points clés

• La surface de rupture est la principale preuve de toute enquête sur un collage, et elle est détruite par la première personne qui nettoie les pièces.
• Une défaillance adhésive met en cause la surface ; une défaillance cohésive met en cause l'adhésif ou le revêtement ; une défaillance du substrat met en cause le polymère ou une couche limite faible.
• Le mode mixte est la norme : indiquez des pourcentages plutôt qu'une étiquette unique, et suivez l'évolution du mélange lorsque vous modifiez le procédé.
• Un adhésif plus résistant est la mauvaise réponse à une défaillance adhésive, et l'intervention inutile la plus fréquente dans les travaux de collage.

Lorsqu'un assemblage collé se sépare, il laisse un compte rendu complet des raisons de sa rupture. Les deux faces de rupture enregistrent l'interface qui a cédé, ce qui s'y trouvait et la manière dont la fissure s'est propagée, des informations qu'aucun essai de procédé ultérieur ne peut reconstituer. Savoir lire ce compte rendu est la compétence de diagnostic la plus rentable en collage et en revêtement, et elle ne coûte rien de plus qu'une loupe binoculaire et la discipline de ne pas nettoyer les pièces d'abord.

Les trois modes

La défaillance adhésive se sépare proprement à l'interface. Une face porte l'adhésif ou le revêtement ; l'autre est du substrat nu. Au grossissement, le côté substrat ne montre aucun résidu et conserve souvent la texture de la surface moulée d'origine. Ce mode indique que la liaison entre les deux matériaux n'a jamais atteint une résistance suffisante : l'adhésif lui-même n'a jamais été sollicité. Tout ce qui détermine la résistance interfaciale est en cause : énergie de surface, contamination, adéquation du traitement et âge du traitement, mouillage, et compatibilité chimique entre l'adhésif et le substrat.

La défaillance cohésive laisse de l'adhésif sur les deux faces. La fissure a traversé la couche d'adhésif plutôt que de suivre l'une ou l'autre interface, ce qui signifie que les deux interfaces étaient plus résistantes que l'adhésif massif. C'est généralement le mode recherché, car il démontre que la préparation de surface ne limite pas le joint. Si le joint cède malgré tout sous son exigence, l'action corrective réside dans le choix de l'adhésif, l'épaisseur du joint de colle, le cycle de durcissement ou la géométrie du joint, et non dans le traitement de surface.

La défaillance du substrat arrache du polymère avec l'adhésif. Sur un joint bien conçu dans un matériau tenace, c'est le meilleur résultat possible : la liaison a surpassé la pièce. Sur un matériau chargé ou dégradé, cela signifie souvent autre chose : une couche mince et faible à la surface du plastique s'est détachée de la masse sous-jacente. Les matériaux chargés de fibres de verre avec une peau riche en résine, les pièces soumises à une température de fusion excessive et les surfaces portant un fort ressuage d'additifs produisent tous ce schéma, et tous sont des défauts et non des réussites.

Le mode mixte est le cas normal

Les surfaces de rupture réelles sont rarement pures. Un collage défaillant typique peut être à soixante pour cent adhésif sur les bords et à quarante pour cent cohésif au centre, ou présenter une défaillance adhésive sur une zone de la pièce et une défaillance du substrat sur une autre. Vouloir imposer une classification unique fait perdre l'essentiel de la valeur.

Consignez plutôt des pourcentages, avec des photographies prises au même grossissement et sous le même éclairage. La raison est que la tendance du mélange est l'indicateur de procédé le plus sensible dont on dispose. Augmenter la puissance de traitement et voir la défaillance adhésive passer de quatre-vingts à vingt pour cent est la preuve sans ambiguïté que le traitement était limitant, même si la résistance absolue n'a pas encore atteint la spécification. Un simple résultat conforme/non conforme n'aurait rien montré.

La répartition spatiale est également instructive. Une défaillance adhésive concentrée à une extrémité du joint suggère une couverture de traitement inégale, un motif de dépose d'adhésif qui en prive cette zone, ou un serrage qui laisse un jeu. Une défaillance adhésive sur le pourtour avec une défaillance cohésive au centre est la signature classique d'une attaque par l'humidité ou l'environnement progressant vers l'intérieur.

Préserver les preuves

La façon la plus courante de perdre ces informations est que quelqu'un nettoie les pièces. Essuyer un collage défaillant au solvant élimine la contamination qui aurait permis d'identifier la cause ; remettre les moitiés l'une contre l'autre transfère de la matière entre les faces et détruit la détermination du mode ; manipuler la surface de rupture y dépose des graisses cutanées qui apparaîtront dans toute analyse chimique ultérieure.

Le protocole de manipulation à formaliser est court : ne pas nettoyer, ne pas réassembler, manipuler par les bords uniquement, placer chaque moitié séparément dans un emballage propre, étiqueter avec la référence de la pièce, la date, le lot et l'endroit du procédé ou du terrain où la défaillance est survenue, et photographier les deux faces avant toute autre chose. Lorsqu'un litige ou une réclamation fournisseur est possible, documentez qui a détenu les pièces et quand : l'analyse n'a de valeur que si l'on est sûr que les échantillons sont bien ce qu'on prétend.

Du mode à l'action corrective

L'intérêt de la classification est d'éliminer immédiatement la majeure partie des hypothèses possibles.

• La défaillance adhésive oriente l'enquête vers la mesure de l'énergie de surface, les contrôles de contamination, la vérification du traitement et le délai entre traitement et collage. Passer à un adhésif plus résistant est la réponse inutile classique : un adhésif plus résistant ne peut toujours pas s'accrocher à une surface peu réceptive, et le joint cède à la même interface sous une charge similaire.
• La défaillance cohésive l'oriente vers les propriétés de l'adhésif et la conception du joint : module et allongement par rapport à la sollicitation réelle, épaisseur du joint de colle, complétude du durcissement, et vérification que la géométrie ne sollicite pas l'adhésif en pelage ou en clivage alors qu'il devrait l'être en cisaillement.
• La défaillance du substrat l'oriente vers le plastique : température de fusion et temps de séjour pendant le moulage, formulation d'additifs et ressuage, répartition de la charge en surface, et adéquation du matériau à la contrainte imposée par le joint.

Quand l'œil ne suffit pas

La classification visuelle ou à faible grossissement résout la plupart des cas. Lorsqu'elle ne suffit pas (revêtements très minces, adhésifs transparents, modes mixtes ambigus), des méthodes instrumentales prolongent la même logique. La spectroscopie infrarouge identifie ce qui est chimiquement présent sur chaque face, ce qui règle à la fois la question du mode et celle de la contamination. La microscopie électronique à balayage résout la topographie de la rupture et montre si une fissure a démarré sur un défaut précis. L'analyse de surface quantifie les espèces contaminantes aux concentrations qui comptent réellement.

Ces méthodes valent leur coût lorsque la défaillance est coûteuse, récurrente ou contestée. Elles n'en valent pas le coût si elles remplacent les dix minutes de loupe binoculaire qui doivent toujours passer en premier.

Pour aller plus loin

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Questions fréquentes

Quelle est la différence entre défaillance adhésive et défaillance cohésive ?

La défaillance adhésive se produit à l'interface entre l'adhésif ou le revêtement et le substrat, chaque matériau restant propre de son côté. La défaillance cohésive se produit à l'intérieur de l'adhésif ou du revêtement lui-même, laissant de la matière sur les deux faces. La première indique un problème de préparation de surface ; la seconde indique que l'adhésif ou le revêtement est le maillon faible.

La défaillance cohésive est-elle un bon résultat ?

C'est généralement le mode de défaillance souhaitable, car il signifie que l'interface est plus résistante que le matériau massif : le joint donne donc tout ce que l'adhésif peut offrir. Son caractère acceptable dépend de la charge : si la défaillance cohésive survient sous la résistance requise, c'est le choix de l'adhésif ou la géométrie du joint qu'il faut modifier, et non la préparation de surface.

Que signifie un arrachement de polymère avec l'adhésif ?

La défaillance du substrat signifie que la liaison et l'adhésif sont tous deux plus résistants que la couche superficielle du plastique. C'est parfois le résultat idéal sur une pièce bien collée. Plus souvent, elle révèle une couche limite faible : une couche d'additif ayant ressué, une peau dégradée par surchauffe, ou une surface pauvre en résine sur un matériau chargé.

Comment consigner les défaillances en mode mixte ?

Estimez et consignez le pourcentage de la surface collée dans chaque mode, avec une méthode constante et, de préférence, des photographies. Les pourcentages portent une information de procédé qu'une étiquette unique ne peut pas porter : le passage de quatre-vingts pour cent de défaillance adhésive à vingt pour cent après une modification du traitement prouve directement que la modification a fonctionné, même si le joint cède encore.

Que faut-il éviter de faire aux pièces défaillantes avant l'analyse ?

Ne pas nettoyer, essuyer, rincer au solvant ni toucher les faces de rupture, et ne pas les remettre l'une contre l'autre. La contamination, les résidus et la texture de rupture présents sur ces surfaces constituent la preuve. Placez chaque moitié séparément dans un sachet, manipulez-la par les bords et photographiez avant toute autre intervention.

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