Ruban adhésif

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Contexte

Le ruban adhésif est un ruban adhésif en tissu enduit d'une résine polyéthylène d'un côté et d'un adhésif à base de caoutchouc très collant de l'autre. Contrairement à d'autres rubans, le support en tissu donne de la résistance au ruban adhésif tout en lui permettant d'être facilement déchiré. Le ruban adhésif est également très malléable et peut adhérer à une grande variété de surfaces. Bien qu'il ait été principalement conçu pour être utilisé dans des conduits d'air et des applications similaires, les consommateurs ont trouvé un large éventail d'utilisations pour ce produit populaire. Il peut être utilisé pour un certain nombre de travaux de réparation ménagers, comme attache au lieu de vis ou de clous, et pour l'entretien des voitures. On sait même que les motoneigistes appliquent du ruban adhésif sur leur nez pour contrer les gelures et les coups de soleil. Le produit a suscité tellement d'intérêt qu'il existe des livres et des sites Web consacrés 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 couvertures de trampoline.

Historique

Il existe des récits contradictoires concernant l'histoire du ruban adhésif. Selon Manco, Inc. (fabricant du ruban de marque DuckTM), il a été créé par Permacell, une division de Johnson and Johnson, pendant la Seconde Guerre mondiale dans les années 1940. D'autres experts affirment que la bande magnétique a été inventée dans les années 1920 par des chercheurs de la société 3M, dirigée par Richard Drew. Cependant, la plupart des témoignages s'accordent à dire que Permacell a perfectionné le ruban adhésif pendant la guerre. En utilisant une technologie de pointe, leur équipe de recherche a développé un processus pour combiner plusieurs couches d'adhésif sur un support en tissu enduit de polyéthylène. Certains disent que ce premier produit a été surnommé « ruban de canard » parce qu'il repoussait l'eau comme les plumes de l'oiseau ou parce que la maille du tissu était en tissu de canard.

Quelle que soit son origine, l'armée a trouvé de nombreuses utilisations pour le ruban adhésif. L'une de ses premières applications était de maintenir ensemble des boîtes de munitions. Pour cette raison, les soldats l'appelaient « bande d'arme à feu ». L'Air Force a trouvé d'autres utilisations pour le produit et du ruban adhésif a été utilisé pour couvrir les ports des armes à feu sur les avions afin de réduire la friction de l'air pendant le décollage. Comme de nombreux autres produits militaires, le ruban adhésif était à l'origine de couleur vert olive, mais après la guerre, il a été remplacé par la couleur argentée plus familière. Les fabricants ont commencé à le commercialiser auprès des consommateurs domestiques qui ont trouvé une variété de nouvelles utilisations. Le ruban est plus facile à utiliser et tout aussi efficace que les vis et les boulons lorsqu'il s'agit de maintenir ensemble le type de conduits que l'on trouve dans les nouvelles maisons avec chauffage à air pulsé.

À mesure que la demande des consommateurs augmentait, les spécialistes du marketing ont commencé à emballer leurs bandes de manière plus conviviale. Selon Manco, ils ont été la première entreprise à emballer sous film rétractable et à étiqueter le ruban adhésif pour qu'il puisse être facilement empilé sur des étagères. Cette amélioration de l'emballage a permis aux acheteurs de distinguer plus facilement les différentes qualités. En 1999, Manco vendait environ 5 900 tonnes courtes (5 352 tonnes métriques) ou 246 217 mi (396 240 km) de ruban chaque année.

Conception

Le ruban adhésif est conçu pour différentes applications en fonction de sa qualité. Le grade est déterminé par la combinaison du type d'adhésif et de la résistance du matériau de support. La résistance du tissu en tissu dépend du nombre de fils qu'il 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 40 lb (18 kg), tandis que la résistance des rubans moins chers est de l'ordre de 20 lb (9 kg). 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 d'autres facteurs. Les qualités commerciales sont moins exigeantes et sont généralement classées comme utilitaires, à usage général ou de qualité supérieure. D'autres qualités spécialisées incluent la "bande nucléaire", qui est utilisée dans les réacteurs, et une bande "200 mi (322 km) à l'heure" spécialement conçue pour les voitures de course.

Matières premières

Maille de coton

Coton le maillage forme l'épine dorsale du ruban adhésif. Il offre une résistance à la traction et permet au ruban d'être déchiré 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 « nappe » lorsqu'il est étalé sur la machine d'enduction.

Revêtement polyéthylène

Le tissu en coton est enduit de polyéthylène, une matière plastique qui le protège de l'humidité et de l'abrasion. Ce revêtement plastique est souple et permet au ruban de mieux adhérer aux surfaces irrégulières. Le polyéthylène est fondu et appliqué sur le tissu lors d'une opération d'enduction préliminaire. Le tissu enduit est ensuite stocké sur des rouleaux jusqu'à ce que le fabricant soit prêt à appliquer l'adhésif.

Composé adhésif

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

Le processus de fabrication

Mélange adhésif

• 1 L'adhésif à base de caoutchouc utilisé dans le ruban adhésif est préparé selon un processus en plusieurs étapes. Dans la première étape, l'adhésif est composé dans un mélangeur connu sous le nom de mélangeur de type Branbury constitué d'un réservoir en acier inoxydable équipé d'une chemise de vapeur pour chauffer le composé et d'un mélangeur à couple élevé. Les mélanges de caoutchouc sont introduits sous forme de pastilles, puis chauffés et mélangés jusqu'à ce qu'ils soient fondus et homogènes. D'autres 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 d'autres adjuvants. Le mélange final est épais mais suffisamment lisse pour être pompé vers un réservoir de stockage connecté à l'équipement de revêtement.

Application d'adhésif

• 2 L'adhésif et le tissu sont combinés à l'aide d'équipements d'enduction sophistiqués. Tout d'abord, l'adhésif est encore ramolli par la chaleur sur un broyeur à cylindres. Un broyeur à cylindres se compose de rouleaux creux rapprochés qui sont en acier inoxydable de forte épaisseur. Les rouleaux sont attachés 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 en continu de l'eau 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 qu'il n'existe qu'un petit espace entre eux. Au fur et à mesure que les rouleaux tournent, le mélange de caoutchouc est introduit dans cet espace. La friction générée chauffe et ramollit le caoutchouc. Cet agencement permet à l'adhésif fondu de former une feuille mince sur la surface des rouleaux.
• 3 Le tissu est ensuite introduit dans la machine d'enduction à travers un autre jeu de rouleaux. Il passe contre le troisième rouleau (maintenu à 199 °F [93 °C]) qui est en contact avec l'adhésif. Au cours de ce processus, appelé revêtement, l'adhésif est transféré sur le tissu. En contrôlant les espaces entre les rouleaux, l'opérateur de la machine peut déterminer la quantité d'adhésif appliqué sur le tissu. Lorsque l'adhésif est prêt, le matériau de support en tissu - qui a été prétraité avec du polyéthylène - est envoyé de son rouleau de stockage sur les rouleaux d'enduction. Lorsque le matériau de support entre en contact avec le troisième rouleau, il A. Calendrier de ruban sensible à la pression à trois rouleaux. B. Calendrier adhésif à deux rouleaux. C. Polyéthylène et calandre adhésive. D. Calandre pour ruban textile enduit de polyéthylène. ramasse un peu d'adhésif 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 pouce (0,05 mm) peuvent être utilisés, mais ils deviennent moins uniformes en dessous de 0,004 pouce (0,Imm). Ces fluctuations se produisent parce que les rouleaux subissent un faible degré de flexion lorsqu'ils tournent. Cela crée des espaces inégaux entre les rouleaux qui provoquent des variations de poids de revêtement sur la bande.
• 4 Après enduction, le tissu du ruban est enroulé sur de gros mandrins en carton. Lorsque suffisamment de ruban a été enduit 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 bonne taille. Ces rouleaux de rangement mesurent environ 5 pi de large et 3 pi de diamètre (152 cm x 91 cm).

Repooling et refendage

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

Opérations de conditionnement

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

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

Contrôle qualité

Le ruban adhésif doit répondre à une série de tests standard décrits par l'American Society for Testing and Materials. Ces méthodes mesurent deux propriétés clés de l'adhésif :sa force adhésive (qui détermine la qualité d'adhérence du ruban sur une autre surface) et sa force de cohésion (qui montre à quel point l'adhésif adhère au support en tissu). Une méthode courante d'évaluation de ces propriétés consiste à appliquer le ruban sur une plaque d'acier inoxydable normalisée, puis à mesurer la force requise pour l'arracher. La plaque est ensuite examinée pour déterminer la quantité, le cas échéant, du résidu d'adhésif qui reste. Le revêtement adhésif lui-même est surveillé pour évaluer son adhérence à son support. Les conditions dans lesquelles l'adhésif laisse un résidu sont connues sous le nom de fluage, de craquelures, de suintement et de saignement. Les techniciens de contrôle de la qualité surveillent également les fisheyes, le terme utilisé pour décrire une application inégale d'adhésif.

En plus des tests standards, chaque fabricant a ses propres méthodes propriétaires pour évaluer ses produits. Par exemple, les entreprises peuvent mesurer le point de rupture du ruban adhésif. D'autres évaluent le son de « froissement » de la bande lorsqu'elle se déroule parce que les consommateurs pensent qu'une arrachement bruyante du rouleau est un signe de force. D'autres tests sont conçus pour mesurer le bâton rapide. Une façon de procéder consiste à tirer des balles de ping-pong sur des bandes de ruban adhésif avec le côté collant vers le haut pour mesurer la distance à laquelle elles roulent avant d'être arrêtées par le ruban.

Malgré la réputation d'adhérence supérieure du ruban adhésif en toile, des tests effectués par des chercheurs indépendants ont révélé que le ruban ne fonctionne pas aussi bien qu'il le devrait. En 1998, les chercheurs Max Sherman et Lain Walker du Lawrence Berkeley National Laboratory du département de l'Énergie ont évalué 12 types différents de ruban adhésif en toile. Ils ont conçu un test de vieillissement accéléré qui imitait les conditions de température d'une maison ou d'un immeuble de bureaux de la nuit au jour et de l'hiver à l'été. Ils ont utilisé une série d'articulations à doigts standard qui reliaient un conduit plus petit à un plus grand. Enveloppant chaque connexion d'essai avec une marque différente de ruban adhésif en toile, ils ont évalué le joint dans des conditions de température et d'humidité conçues pour être similaires à celles trouvées dans les systèmes de chauffage et de climatisation domestiques. Les chercheurs ont également effectué un test de cuisson dans lequel les échantillons de joints ont été cuits à des températures plus élevées. Selon les chercheurs, la plupart des joints testés présentaient des fuites de 50 % ou plus. Les résultats de leurs tests ont également montré qu'une grande partie des bandes ne fonctionnaient pas lorsque les températures tombaient sous le point de congélation (32 °F [0 °C]) ou montaient au-dessus de 200 °F (93 °C). Cependant, l'industrie du ruban a contesté ces conclusions, affirmant que pour une efficacité optimale, leurs produits de ruban devraient être aidés par des colliers ou des pinces.

Le futur

Les considérations environnementales et de prix poussent les recherches à identifier de nouvelles formulations d'adhésifs à moindre coût (le prix général d'un rouleau de ruban adhésif tout usage de 2 pouces (5 cm) de large et 50 verges (46 m) est d'environ trois dollars) qui maintient une fonctionnalité élevée sans nuire à l'environnement. De plus, les considérations marketing conduisent à l'amélioration 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 le ruban adhésif à utiliser sur les conduits flexibles. Les fabricants de rubans soutiennent ce plan car ils pensent que la certification par Underwriters Laboratories (une organisation de test de sécurité des produits) augmentera leurs ventes.