ruban adhésif

Contexte

Le ruban adhésif est un ruban en tissu enduit dune résine polyéthylène dun côté et dun adhésif à base de caoutchouc très collant de lautre. Contrairement aux autres rubans, le support en tissu donne de la résistance au ruban adhésif tout en lui permettant dêtre facilement déchiré. Le ruban adhésif est également très malléable et peut adhérer à une grande variété de surfaces. Bien quil ait été principalement conçu pour être utilisé dans des conduits dair et des applications similaires, les consommateurs ont trouvé un large éventail dutilisations pour ce produit populaire. Il peut être utilisé pour un certain nombre de travaux de réparation ménagers, comme élément de fixation au lieu de vis ou de clous, et dans lentretien des voitures. Les motoneigistes sont même connus pour appliquer du ruban adhésif sur leur nez pour contrer les gelures et les coups de soleil. Le produit a suscité tellement dintérêt quil existe des livres et des sites Web dédiés à ses utilisations non conventionnelles et souvent comiques. Par exemple, The Duct Tape Book décrit comment utiliser du ruban adhésif pour fabriquer des tabliers et des housses de trampoline.

Histoire

Il y a des comptes contradictoires concernant lhistoire du ruban adhésif. Selon Manco, Inc. (fabricant du ruban de marque DuckTM), il a été créé par Permacell – une division de Johnson et Johnson – pendant la Seconde Guerre mondiale dans les années 1940. Dautres experts affirment que le produit de bande a été inventé dans les années 1920 par des chercheurs de la société 3M, dirigée par Richard Drew. La plupart des récits conviennent, cependant, que Permacell a perfectionné le ruban adhésif pendant la guerre. En utilisant une technologie de pointe, leur équipe de recherche a développé un procédé pour combiner plusieurs couches dadhésif sur un support en tissu enduit de polyéthylène. Certains disent que ce premier produit a été surnommé « bande de canard » parce quil repoussait leau comme les plumes de loiseau ou parce que le tissu maillé était fait de tissu de canard.

Quelle que soit son origine, larmée a trouvé de nombreuses utilisations pour Une de ses premières applications était de maintenir les boîtes de munitions ensemble. Pour cette raison, les soldats lont appelé « ruban pour pistolet ». Larmée de lair a trouvé dautres utilisations pour le produit et du ruban adhésif a été utilisé pour couvrir les ports des armes à feu dans les avions pour réduit la friction de lair pendant le décollage. Comme beaucoup dautres produits militaires, le ruban adhésif était à lorigine de couleur vert olive, mais après la guerre, il a été remplacé par une couleur argent plus familière. Les fabricants ont commencé à le commercialiser auprès des consommateurs domestiques qui ont trouvé une variété de nouveaux Le ruban est plus facile à utiliser et tout aussi efficace que les vis et les boulons lorsquil sagit de maintenir ensemble le type de conduits que lon trouve dans les nouvelles maisons avec chauffage à air pulsé.

La demande des consommateurs augmentait , les spécialistes du marketing ont commencé à emballer leurs bandes i n une mode plus conviviale. Selon Manco, ils ont été la première entreprise à emballer sous film rétractable et à étiqueter le ruban adhésif pour quil puisse être facilement empilé sur des étagères. Cette amélioration de lemballage a permis aux acheteurs de distinguer plus facilement les différents grades. En 1999, Manco vendait environ 5 900 tonnes courtes (5 352 tonnes métriques), soit 396 240 km (246 217 mi), de ruban adhésif chaque année.

Conception

Le ruban adhésif est conçu pour différentes applications en fonction de son grade. Le grade est déterminé par la combinaison du type dadhésif et de la résistance du matériau de support. La résistance du tissu dépend du nombre de fils quil contient; ce nombre détermine la résistance à la déchirure du tissu. Par exemple, un ruban de qualité militaire a une résistance à la déchirure de 18 kg (40 lb), tandis que la résistance des rubans moins chers est de lordre de 9 kg (20 lb). Le ruban conçu pour être utilisé par le gouvernement fédéral doit être conforme à un long guide de spécifications de 12 pages qui dicte la résistance et dautres facteurs. Les qualités commerciales sont moins exigeantes et sont généralement classées en qualité utilitaire, polyvalente ou supérieure. Parmi les autres qualités spécialisées, citons le «ruban nucléaire», qui est utilisé dans les réacteurs et un ruban «200 mi (322 km) à lheure» spécialement conçu pour les voitures de course.

Matières premières

Maille de coton

La maille de coton forme lépine dorsale du ruban adhésif. Il offre une résistance à la traction et permet au ruban dêtre coupé dans les deux sens. Le tissu qui a un tissage plus serré et un nombre de fils plus élevé est de meilleure qualité, offre une plus grande résistance et donne une déchirure plus nette. Un ruban de qualité supérieure peut avoir un nombre de fils de 44 x 28 fils par pouce carré. En conséquence, le ruban fabriqué avec ce tissu est plus cher. Le tissu de coton est appelé « toile » lorsquil est étalé sur la machine denduction.

Enduction polyéthylène

Le tissu en coton est enduit de polyéthylène, une matière plastique qui le protège de lhumidité et de labrasion. Ce revêtement en plastique est flexible et permet au ruban de mieux adhérer aux surfaces irrégulières. Le polyéthylène est fondu et appliqué sur le tissu dans une opération de revêtement préliminaire. Le tissu enduit est ensuite stocké sur des rouleaux jusquà ce que le fabricant soit prêt à appliquer ladhésif.

Composé adhésif

Ladhésif utilisé dans le ruban adhésif est unique pour deux raisons. Tout dabord, ladhésif lui-même est formulé avec des composés de caoutchouc qui assurent une liaison à long terme. Dautres rubans utilisent généralement des polymères adhésifs qui ne sont pas aussi liants. Deuxièmement, ladhésif est appliqué sur le substrat dans un revêtement beaucoup plus épais que ceux utilisés sur les bandes de cellophane ou de masquage. Cela sert également à augmenter les propriétés adhésives du ruban.

Processus de fabrication

Composition adhésive

• 1 Ladhésif à base de caoutchouc utilisé dans le ruban adhésif est préparé selon un processus en plusieurs étapes. Dans la première étape, ladhésif est mélangé dans un mélangeur connu sous le nom de mélangeur de type Branbury constitué dun réservoir en acier inoxydable équipé dune chemise de vapeur pour chauffer le composé et dun mélangeur à couple élevé. Les composés de caoutchouc sont introduits sous forme de granulés, puis chauffés et mélangés jusquà ce quils soient fondus et homogènes. Dautres ingrédients sont ajoutés au réservoir de mélange comme spécifié dans la formulation. Ceux-ci comprennent des agents collants, des modificateurs de viscosité, des antioxydants et dautres adjuvants. Le mélange final est épais mais suffisamment lisse pour être pompé vers un réservoir de rétention connecté à léquipement de revêtement.

Application de ladhésif

• 2 Ladhésif et le tissu sont combinés à laide dun équipement de revêtement sophistiqué. Tout dabord, ladhésif est davantage ramolli par la chaleur sur un broyeur à rouleaux. Un broyeur à cylindres se compose de rouleaux creux étroitement espacés qui sont faits dacier inoxydable de gros calibre. Les rouleaux sont fixés à des engrenages à couple élevé et à un moteur qui les fait tourner à une vitesse définie. La température des rouleaux est contrôlée en pompant continuellement de leau à travers eux. Le rouleau supérieur est maintenu à une température de 260 ° F (127 ° C) et le rouleau central est maintenu à 100 ° F (38 ° C). Les cylindres sont fixés en place de sorte que seul un petit espace existe entre eux. Lorsque les rouleaux tournent, le composé de caoutchouc est introduit dans cet espace. Le frottement généré chauffe et adoucit le caoutchouc. Cet agencement permet à ladhésif fondu de former une feuille mince sur la surface des rouleaux.
• 3 Le tissu est ensuite introduit dans la machine denduction via un autre jeu de rouleaux. Il court contre le troisième rouleau (maintenu à 199 ° F) qui est en contact avec ladhésif. Au cours de ce processus, appelé revêtement, ladhésif est transféré sur le tissu. En contrôlant les espaces entre les rouleaux, lopérateur de la machine peut déterminer la quantité dadhésif appliquée sur le tissu. Lorsque ladhésif est prêt, le matériau de support en tissu – qui a été prétraité avec du polyéthylène – est acheminé hors de son rouleau de stockage et sur les rouleaux de revêtement. Lorsque le matériau de support entre en contact avec le troisième rouleau, il
  

  A. Calandre à ruban sensible à la pression à trois rouleaux. B. Calandre adhésive à deux rouleaux. C. Polyéthylène et calandre adhésive. D. Calandre pour ruban de tissu enduit de polyéthylène.

  prélève de ladhésif sur le rouleau de transfert. Ce processus utilisé pour appliquer ces adhésifs lourds est connu sous le nom de calandrage. Des revêtements aussi minces que 0,002 po (0,05 mm) peuvent être utilisés, mais ils deviennent moins uniformes en dessous de 0,004 po (0 mm). Ces fluctuations se produisent parce que les rouleaux subissent un faible degré de flexion lorsquils tournent. Cela crée des espaces inégaux entre les rouleaux qui provoquent des variations du poids du revêtement sur la bande.

• 4 Après lenduction, la bande de tissu est enroulée sur de grands mandrins en carton. Lorsquune quantité suffisante de ruban a été enduite et que le rouleau est plein, il est retiré de son axe et déplacé vers une autre zone où il peut être coupé à la taille appropriée. Ces rouleaux de stockage mesurent environ 5 pieds de largeur et 3 pieds de diamètre (152 cm x 91 cm).

Regroupement et refendage

• 5 Une fois le processus de revêtement terminé, les rôles peuvent être coupés à leur taille finale. Cela se fait en « déroulant » ou en déroulant les gros rouleaux sur une machine équipée dune série de couteaux. Les couteaux coupent la bande en segments plus étroits qui sont ensuite rembobinés sur des mandrins en carton plus petits. Ce processus est connu sous le nom de «refendage».

Opérations demballage

• 6 Dans cette dernière étape, les rouleaux de ruban adhésif sont emballés pour la vente. Ils sont généralement emballés sous film rétractable, individuellement ou en paquets de deux ou trois. Ces colis sont ensuite emballés et commercialisés pour lexpédition.

  Selon le fabricant, les étapes décrites ci-dessus peuvent être combinées grâce à lautomatisation en moins détapes. Par exemple, Permacell utilise un appareil autonome qui mélange, chauffe et fixe ladhésif sur le support. Cette méthode permet de préparer la colle sans solvants polluants.

Contrôle de la qualité

Le ruban adhésif doit répondre à une série de tests standard décrits par lAmerican Society for Testing and Materials.Ces méthodes mesurent deux propriétés clés de ladhésif: sa force adhésive (qui détermine ladhérence du ruban à une autre surface) et sa force de cohésion (qui montre à quel point ladhésif collera au support en tissu). Une méthode courante dévaluation de ces propriétés consiste à appliquer le ruban sur une plaque dacier inoxydable normalisée, puis à mesurer la force nécessaire pour larracher. La plaque est ensuite examinée pour déterminer la quantité, le cas échéant, de résidu dadhésif qui reste. Le revêtement adhésif lui-même est surveillé pour évaluer dans quelle mesure il adhère à son support. Les conditions dans lesquelles ladhésif laisse un résidu sont appelées rampantes, craquelures, suintements et saignements. Les techniciens de contrôle qualité surveillent également les fisheyes, le terme utilisé pour décrire une application inégale de ladhésif.

En plus des tests standard, chaque fabricant dispose de ses propres méthodes propriétaires pour évaluer ses produits. Par exemple, les entreprises peuvent mesurer le point de rupture du ruban adhésif en toile. Dautres évaluent le son « froissé » du ruban lors de son déroulement, car les consommateurs pensent quune déchirure bruyante du rouleau est un signe de force. Dautres tests sont conçus pour mesurer le collage rapide . Une façon de faire est de tirer des balles de ping-pong sur des bandes de ruban avec le côté collant vers le haut pour mesurer la distance à laquelle elles roulent avant dêtre arrêtées par le ruban.

Malgré la réputation de qualité supérieure du ruban adhésif. adhérence, des tests effectués par des chercheurs indépendants ont montré que le ruban ne fonctionne pas aussi bien que prévu. En 1998, les chercheurs Max Sherman et Lain Walker du Lawrence Berkeley National Laboratory du Department of Energy ont évalué 12 types différents de ruban adhésif. Ils ont conçu un test de vieillissement accéléré qui imitait les conditions de température dune maison ou dun immeuble de bureaux de nuit en jour et De lhiver à lété. Ils ont utilisé une série de joints à doigts standard qui reliaient un conduit plus petit à un plus grand. En enveloppant chaque raccordement dessai avec une marque différente de ruban adhésif, ils ont évalué le joint dans des conditions de température et dhumidité conçues pour être similaires à celles trouvées dans les systèmes de chauffage et de climatisation à domicile. Les chercheurs ont également effectué un test de cuisson au four dans lequel les joints déchantillons étaient cuits à des températures plus élevées. La plupart des joints testés présentaient une fuite de 50% ou plus, selon les chercheurs. Leurs résultats de test a également montré quune grande partie des bandes ne fonctionnait pas lorsque les températures descendaient en dessous de zéro (32 ° F) ou dépassaient 200 ° F (93 ° C). Lindustrie du PE a contesté ces conclusions, affirmant que pour une efficacité optimale, leurs produits en ruban devraient être assistés par des colliers ou des pinces.

Lavenir

Les considérations environnementales et de prix poussent les recherches à identifier de nouvelles formulations dadhésifs à un coût inférieur – prix général pour une formule de 2 po (5 cm) de large, 50 yd (46 m) le rouleau de ruban adhésif tout usage coûte environ trois dollars, ce qui maintient une fonctionnalité élevée sans nuire à lenvironnement. De plus, les considérations marketing favorisent les améliorations des produits. En réponse aux critiques selon lesquelles le ruban adhésif ne fonctionne pas bien à des températures extrêmes, les fabricants créent des formulations plus avancées spécialement conçues pour résister à de fortes fluctuations de chaleur et de froid. Pour la première fois, des normes formelles sont créées spécifiquement pour lutilisation du ruban adhésif sur les conduits flexibles. Les fabricants de bandes soutiennent ce plan car ils estiment que la certification par Underwriters Laboratories (une organisation de test de sécurité des produits) stimulera leurs ventes.