Les colles

I - LES COLLES A BOIS

II - EMPLOI DES COLLES A BOIS

LES COLLES A BOIS

I - INTRODUCTION IMPORTANCE DU COLLAGE DANS LES INDUSTRIES DU BOIS

II - THÉORIE DU COLLAGE

A Définition d'une colle
B Considérations générales

1) 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
B Classification suivant la méthode prise, physique ou chimique
C Colles naturelles et colles artificielles.
D Classification par parenté chimique.

1) Colles minérales
2) Colles de résines synthétiques thermodurcissables Phénol Formol
Résorcines Formol
Urée Formol
Mélamine Formol
Polyuréthane
Résines époxydes

3) Colles de résines synthétiques thermoplastiques Acétate de polyvinyle
Polyamides
Chloroacétate de vinyle

4) Produits cellulosiques et dérivés de l'amidon Acétate de cellulose
Nitrate de cellulose
Amidon
Dextrine

5) Protéines

Caséine Soja


6) Colles animales colle forte colle de poisson

Albumine de sang
Caséine


7) Colles à base de caoutchouc naturel ou de caoutchouc synthétique

Latex
Caoutchouc naturel ou régénéré
Néoprène
Butabiène Acrylonitrile.

IV - LES CHARGES

A Définition et action ..
B Qualités requises, caractéristiques
C Principales charges employées

V - 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.

II - THÉORIE DU COLLAGE

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 augmente. Pour essayer de donner une idée de la tension superficielle imaginons dans notre goutte liquide une molécule A située exactement à la limite de la surface et une molécule B au sein du liquide. La molécule B est, de toutes parts entourée de molécules semblables à elle et est l'objet d'attractions multiples qui, en définitive s'annulent. Il n'en est pas de même pour la molécule A qui est sollicitée vers l'intérieur de même que toutes les autres molécules périphériques. La masse liquide apparaît donc comme emprisonnée enserrée dans un véritable sac constitué par les molécules de surface. Ce sac, immatériel, souple et tenace s'oppose à l'étalement de la goutte. On peut dire que la tension superficielle est la force qui s'oppose à l'agrandissement de la surface.

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.

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 support

Si 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.
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.

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.

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).
- les colles végétales (amidon, fécule, dextrine, gommes)
- les dispersions polyvinyliques.
- les colles des latex.

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.

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.

IV - LES CHARGES

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'outillage

Ainsi 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 baryte

Charges 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.


II - EMPLOI DES COLLES A BOIS

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 FORTES

A - 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


III - COLLES ARTIFICIELLES

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

A - GÉNÉRALITÉS

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 . . .

B - COLLES D'AMIDON

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