Les adhésifs structurels sont des matériaux de collage résistants aux charges, utilisés pour assembler des métaux, des composites, des plastiques et d’autres substrats dans les drones et les systèmes sans pilote. Les technologies d’adhésifs époxy, acryliques, polyuréthanes, en film et souples sont utilisées pour les structures des drones (UAV), des véhicules terrestres sans pilote (UGV), des véhicules nautiques sans pilote (USV), des véhicules sous-marins autonomes (AUV) et des véhicules sous-marins télécommandés (ROV), notamment les cellules, les composants de coque, les supports de charge utile, les ensembles de propulsion, les batteries et les composants électroniques.
Cette page présente les principaux fournisseurs d’adhésifs structurels proposant des solutions permettant de répartir les charges sur les joints tout en réduisant le recours aux fixations mécaniques.
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Les adhésifs structurels permettent de créer des assemblages résistants aux charges entre des métaux, des composites, des plastiques et d’autres matériaux sans recourir exclusivement à des boulons, des rivets ou à la soudure. Dans les drones et les systèmes sans pilote, l’assemblage par adhésif structurel permet de réduire le nombre de fixations, de favoriser une construction légère et de répartir les charges sur une plus grande surface d’assemblage.
ET5429 de Permabond
Le choix d’un adhésif ne se limite pas aux valeurs de résistance publiées. Les matériaux des substrats, la préparation des surfaces, la géométrie des joints, l’épaisseur de la ligne de collage, la température, les vibrations, la fatigue, l’humidité, l’exposition aux produits chimiques, les conditions de durcissement et le rendement de fabrication influencent tous les performances. Les technologies adhésives à base d’époxy, d’acrylique, de polyuréthane et autres répondent donc à des exigences différentes au sein des structures des drones (UAV), des véhicules terrestres sans pilote (UGV), des véhicules nautiques sans pilote (USV), des véhicules sous-marins autonomes (AUV) et des véhicules sous-marins télécommandés (ROV).
Les adhésifs structurels époxy sont largement utilisés lorsque la résistance mécanique élevée, la rigidité, la résistance aux aléas environnementaux et la durabilité du collage sont des priorités. Un adhésif époxy à haute résistance permet d’assembler des métaux, des composites, des céramiques et certains plastiques, en fonction de la formulation et de la préparation de surface. Les systèmes époxy structurels sont particulièrement adaptés aux assemblages permanents de cellules d’aéronefs, de panneaux et de composites.
Les adhésifs acryliques structurels, y compris les systèmes à base de méthacrylate, offrent un développement rapide de la résistance, une bonne ténacité et un collage efficace sur une large gamme de substrats. Leur durcissement relativement rapide rend les systèmes adhésifs acryliques structurels particulièrement utiles dans les environnements de production où la réduction du temps de serrage est essentielle.
De nombreux adhésifs structurels à base de polyuréthane offrent une plus grande souplesse que les systèmes époxy structurels rigides. Cela permet aux assemblages de mieux résister aux vibrations, aux chocs, aux mouvements thermiques et aux différences de rigidité entre les substrats. La résistance aux variations de température, à l’humidité et d’autres propriétés environnementales dépendent de la formulation et doivent correspondre aux conditions d’utilisation prévues.
Les cyanoacrylates classiques développent rapidement une résistance à la manipulation et peuvent s’avérer utiles pour les petits composants à ajustement serré ou les assemblages secondaires. Leur capacité à combler les interstices, leur résistance à la température, leur résistance aux chocs et leur durabilité environnementale varient considérablement selon la formulation. Ils ne doivent donc pas être considérés comme un substitut universel aux adhésifs structuraux aérospatiaux dans les joints porteurs primaires.
Les adhésifs et mastics à base de silicone sont utiles lorsque les assemblages doivent supporter des mouvements, une dilatation thermique, des vibrations ou une exposition aux agents environnementaux. Leur rôle diffère généralement de celui des adhésifs structurels à haute résistance, car la souplesse, l’étanchéité et la dissipation des contraintes sont souvent plus importantes qu’une rigidité élevée de l’assemblage ou une grande capacité de transfert de charge.
Les adhésifs en film fournissent une quantité contrôlée de matériau de collage sous forme de couche préformée. Ils sont largement utilisés dans les procédés de collage contrôlés en aérospatiale, pour les composites, les panneaux sandwich et les structures en nid d’abeilles, où l’épaisseur constante de la ligne de collage et la répartition homogène de l’adhésif sont essentielles. Selon le système, un durcissement à température élevée et l’application d’une pression, y compris celle générée par le procédé sous sac sous vide, peuvent être nécessaires.
Les adhésifs monocomposants simplifient la préparation des matériaux, mais peuvent nécessiter de la chaleur, de l’humidité, des rayons UV ou un autre mécanisme de durcissement. Les adhésifs à deux composants combinent des composants réactifs avant l’application et sont disponibles sous forme d’époxy, d’acrylique, de polyuréthane et d’autres composés chimiques. La méthode de durcissement, la durée de vie en œuvre, le temps de fixation, les conditions de stockage et le rythme de production doivent être pris en compte conjointement.
TA437 de Permabond
Les adhésifs structuraux destinés à l’aérospatiale permettent d’assembler des revêtements, des nervures, des longerons, des raidisseurs, des panneaux sandwich, des carénages et d’autres structures de vol des drones. Le collage structurel répartit les charges sur toute la zone d’assemblage et permet de réduire le nombre de trous de fixation, favorisant ainsi les constructions légères en composites et en matériaux mixtes. Les structures primaires nécessitent également une maîtrise des charges de pelage et de clivage, de la fatigue, des défauts de collage, de l’inspection, de la préparation des surfaces et de la cohérence de fabrication.
Les UGV peuvent utiliser des adhésifs structuraux haute performance pour les panneaux de carrosserie, les inserts structurels, les assemblages composites, les structures de protection et de blindage, ainsi que les supports d’équipement. Des systèmes souples ou renforcés peuvent s’avérer appropriés lorsque les vibrations, les chocs, les impacts et les charges répétées induites par le sol sont importants.
Les systèmes d’adhésifs structurels marins permettent de coller des sections de coque en composite, des carénages, des capots, des supports et des composants externes. Les adhésifs destinés à ces plateformes doivent être évalués en termes d’immersion, de température, d’exposition à l’eau de mer, de pression hydrostatique et de cycles de pression le cas échéant, ainsi que de compatibilité avec les matériaux environnants. Le collage adhésif ne doit pas être considéré comme adapté à un joint de coque sous pression primaire sans qualification structurelle, environnementale et de pression spécifique.
Un adhésif pour drone (UAV) ou un adhésif de collage structurel peut permettre de fixer des boîtiers de capteurs, des interfaces de charge utile, des antennes, des radômes, des supports et des renforts internes. Le collage peut s’avérer utile lorsque le perçage risquerait d’endommager un panneau mince, un stratifié composite, un boîtier étanche ou une structure transparente aux ondes radio.
Les adhésifs structurels peuvent prendre en charge certains supports de moteur, boîtiers, aimants, supports et ensembles liés à la propulsion, à condition qu’ils soient qualifiés pour résister aux températures, vibrations, fatigue, chocs et charges mécaniques prévus. Les ensembles rotatifs peuvent également imposer des charges centrifuges et thermiques. La conception des assemblages doit limiter les contraintes de décollement et de clivage localisées.
Les modules de batterie et les composants électroniques peuvent nécessiter un collage associé à une isolation électrique, un contrôle des vibrations ou un transfert thermique. Les adhésifs structuraux thermoconducteurs peuvent assurer une fixation mécanique tout en créant un chemin thermique entre les composants. Les performances thermiques doivent être mises en balance avec les charges mécaniques, la facilité d’entretien, les exigences de durcissement et les propriétés électriques, qui doivent être vérifiées plutôt que supposées.
La qualification doit reproduire aussi fidèlement que possible les substrats concernés, la préparation de surface, l’épaisseur de la ligne de collage, le processus de durcissement, la géométrie de l’assemblage, les charges, les variations de fabrication et les conditions environnementales. Les méthodes ASTM courantes peuvent fournir des données comparatives et des informations sur le contrôle des processus pour le collage à l’aide d’adhésifs structurels.
Ces méthodes permettent de caractériser les matériaux et les procédés de collage, mais les résultats obtenus sur les éprouvettes nécessitent une interprétation technique. La norme ASTM D4896 met en garde contre l’utilisation directe des valeurs de résistance des échantillons à chevauchement simple comme contraintes admissibles de conception pour les assemblages structurels. Les applications critiques doivent également tenir compte de la fatigue, du vieillissement environnemental, du fluage le cas échéant, du mode de rupture, des variations de fabrication, de la capacité d’inspection et des essais au niveau des composants.
Le choix d’un adhésif structurel pour l’aéronautique, d’un adhésif structurel pour le secteur maritime ou d’un matériau de collage destiné aux systèmes sans pilote en général nécessite de prendre en compte l’ensemble du processus d’assemblage et de fabrication. Les facteurs de sélection importants sont les suivants :
Les exigences de fabrication influencent également le choix entre les adhésifs époxy structurels, acryliques, polyuréthanes et d’autres technologies. Les adhésifs en deux composants, les systèmes à durcissement rapide, la distribution automatisée et, dans certaines applications, les adhésifs structurels à durcissement UV peuvent réduire le temps d’assemblage. Les systèmes à durcissement UV nécessitent un éclairage suffisant pour atteindre la zone de collage requise, tandis que tous les mécanismes de durcissement doivent rester compatibles avec la géométrie du joint et le contrôle du processus.
Pour une production à haut débit, un adhésif à prise rapide et à haute résistance destiné à l’assemblage automatisé de drones peut s’avérer adapté lorsqu’il offre un temps de travail adéquat, une application reproductible, un temps de fixation approprié et des performances à long terme vérifiées. Le meilleur adhésif structurel est donc le système qui répond aux exigences structurelles, environnementales, de fabrication, d’inspection et de réparation de la plateforme sans pilote concernée.
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