Ruban Adhésif Polyvalent : Force, Flexibilité et Usages Quotidiens

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Contexte

Le ruban adhésif (duct tape) est un ruban en tissu enduit d'une résine polyéthylène d'un côté et d'un adhésif caoutchouc très collant de l'autre. Contrairement aux autres rubans, le support en tissu donne au duct tape sa force tout en permettant de le déchirer facilement. Il est aussi très malléable et adhère à une grande variété de surfaces. Bien qu'il ait été principalement conçu pour les gaines d'air et applications similaires, les consommateurs ont trouvé une vaste gamme d'usages pour ce produit populaire. Il peut servir à de nombreux travaux de réparation domestique, comme fixateur au lieu de vis ou clous, et dans l'entretien automobile. Les motoneigistes ont même été connus pour appliquer du duct tape sur leur nez pour prévenir gelures et coups de soleil. Le produit a généré tant d'intérêt qu'il existe des livres et sites web dédiés à ses usages non conventionnels, souvent comiques. Par exemple, The Duct Tape Book décrit comment utiliser le duct tape pour faire des tabliers et housses de trampoline.

Histoire

Il existe des récits contradictoires sur l'histoire du duct tape. Selon Manco, Inc. (fabricant de la marque Duck™), il fut créé par Permacell — une division de Johnson & Johnson — pendant la Seconde Guerre mondiale dans les années 1940. D'autres experts affirment que le produit fut inventé dans les années 1920 par des chercheurs de la 3M Company, menés par Richard Drew. La plupart des récits s'accordent cependant sur le fait que Permacell perfectionna le duct tape pendant la guerre. En utilisant une technologie de pointe, leur équipe de recherche développa un procédé pour combiner plusieurs couches d'adhésif sur un support en tissu enduit de polyéthylène. Certains disent que ce produit initial fut surnommé « duck tape » car il repoussait l'eau comme les plumes du canard ou parce que la toile était en tissu de canard (duck cloth).

Quelle que soit son origine, l'armée trouva de nombreux usages pour le duct tape. L'une de ses premières applications fut de maintenir les caisses de munitions ensemble. Pour cette raison, les soldats l'appelèrent « gun tape ». L'Armée de l'Air trouva d'autres usages et le duct tape fut utilisé pour couvrir les ports d'armes sur les avions pour réduire la friction à l'air au décollage. Comme beaucoup d'autres produits militaires, le duct tape était à l'origine vert olive, mais après la guerre il fut changé en la couleur argent plus familière. Les fabricants commencèrent à le commercialiser auprès des consommateurs domestiques qui trouvèrent une variété de nouveaux usages. Le ruban est plus facile à utiliser et tout aussi efficace que les vis et boulons pour maintenir ensemble le type de gaines trouvé dans les nouvelles maisons avec chauffage à air pulsé.

À mesure que la demande des consommateurs grandissait, les marketeurs commencèrent à conditionner leurs rubans de manière plus conviviale. Selon Manco, ils furent la première entreprise à rétracter et étiqueter le duct tape pour qu'il puisse être facilement empilé sur les étagères d'exposition. Cette amélioration d'emballage rendit plus facile pour les acheteurs de distinguer les différents grades. En 1999, Manco vendait environ 5 352 tonnes métriques, soit 396 240 km, de ruban chaque année.

Design

Le duct tape est conçu pour différentes applications selon son grade. Le grade est déterminé par la combinaison du type d'adhésif et de la résistance du matériau de support. La résistance du tissu dépend du nombre de fils qu'il contient ; ce nombre détermine la résistance à la déchirure du tissu. Par exemple, le ruban grade militaire a une résistance à la déchirure de 18 kg tandis que la résistance des rubans moins chers se situe dans la gamme 9 kg. Le ruban conçu pour le gouvernement fédéral doit se conformer à un long guide de spécifications de 12 pages dictant la résistance et d'autres facteurs. Les grades commerciaux sont moins exigeants et généralement classés comme utilitaire, usage général ou grade premium. D'autres grades spéciaux incluent le « ruban nucléaire », utilisé dans les réacteurs, et un ruban « 322 km/h » spécifiquement conçu pour les voitures de course.

Matériaux Premières

Toile de coton

Coton forme l'épine dorsale du duct tape. Il fournit la résistance à la traction et permet au ruban d'être déchiré dans les deux directions. Une toile à tissage plus serré et un nombre de fils plus élevé indiquent une qualité supérieure, offrent une plus grande résistance et donnent une déchirure plus nette. Un ruban de qualité premium peut avoir un comptage de fils de 44 x 28 fils par pouce carré. En conséquence, le ruban fait avec ce tissu est plus cher. Le tissu de coton est appelé une « toile » (web) lorsqu'il est étalé sur la machine d'enduction.

Revêtement polyéthylène

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

Composé adhésif

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

Processus de Fabrication

Composition de l'adhésif

• 1. L'adhésif à base de caoutchouc utilisé dans le duct tape est préparé dans un processus multi-étapes. Dans la première étape, l'adhésif est composé dans un mélangeur de type Branbury consistant en une cuve en acier inoxydable équipée d'une chemise à vapeur pour chauffer le composé et d'un mélangeur à couple élevé. Les composés caoutchouc sont introduits sous forme de granulés, puis chauffés et mélangés jusqu'à ce qu'ils soient fondus et homogènes. D'autres ingrédients sont ajoutés au réservoir de mélange selon la formulation. Ceux-ci incluent des agents tackifiants, modificateurs de viscosité, antioxydants et autres adjuvants. Le mélange final est épais mais assez lisse pour être pompé vers un réservoir de retenue connecté à l'équipement d'enduction.

Application de l'adhésif

• 2. L'adhésif et le tissu sont combinés à l'aide d'équipements d'enduction sophistiqués. D'abord, l'adhésif est davantage ramolli par la chaleur sur un moulin à rouleaux. Un moulin à rouleaux consiste en rouleaux creux étroitement espacés en acier inoxydable de forte épaisseur. Les rouleaux sont attachés à des engrenages à couple élevé et un moteur qui les fait tourner à vitesse réglée. La température des rouleaux est contrôlée en pompant continuellement de l'eau à travers eux. Le rouleau supérieur est maintenu à 127 °C et le rouleau central à 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 composé caoutchouc est introduit dans cet espace. La friction générée chauffe et ramollit le caoutchouc. Cette disposition permet à l'adhésif fondu de former une fine feuille sur la surface des rouleaux.
• 3. Le tissu est ensuite introduit dans la machine d'enduction par un autre jeu de rouleaux. Il court contre le troisième rouleau (maintenu à 93 °C) qui est en contact avec l'adhésif. Durant ce processus, appelé enduction, l'adhésif est transféré sur le tissu. En contrôlant les espaces entre les rouleaux, l'opérateur peut déterminer la quantité d'adhésif appliquée. Lorsque l'adhésif est prêt, le matériau de support — qui a été pré-traité avec du polyéthylène — est déroulé de son rouleau de stockage vers les rouleaux d'enduction. Au contact du troisième rouleau, il A. Calandre trois rouleaux pour ruban sensible à la pression. B. Calandre deux rouleaux pour adhésif. C. Calandre polyéthylène et adhésif. D. Calandre pour ruban tissu enduit polyéthylène. prélève une partie de l'adhésif sur le rouleau de transfert. Ce processus pour appliquer de tels adhésifs épais est appelé calandrage. Des enductions aussi fines que 0,05 mm peuvent être utilisées mais deviennent moins uniformes en dessous de 0,1 mm. Ces fluctuations se produisent car les rouleaux subissent un léger degré de flexion en tournant. Cela crée des espaces inégaux entre les rouleaux qui causent des variations de poids d'enduction sur la toile.
• 4. Après enduction, le tissu ruban est enroulé sur de grands mandrins en carton. Quand assez de ruban a été enduit et que le rouleau est plein, il est retiré de sa broche et déplacé vers une autre zone où il peut être coupé à la taille appropriée. Ces rouleaux de stockage font environ 152 cm de large et 91 cm de diamètre.

Rebobinage et refendage

• 5. Après la fin du processus d'enduction, les rouleaux peuvent être coupés à leur taille finale. Cela se fait par « dévidage », ou déroulement, des grands rouleaux sur une machine équipée d'une série de couteaux. Les couteaux coupent la toile en segments plus étroits qui sont ensuite réenroulés sur de plus petits mandrins en carton. Ce processus est connu sous le nom de « refendage » (slitting).

Opérations d'emballage

• 6. Dans cette étape finale, les rouleaux de duct tape sont emballés pour la vente. Ils sont généralement rétractés, soit à l'unité, soit par paquets de deux ou trois. Ces paquets sont ensuite mis en boîte et commercialisés pour l'expédition.

  Selon le fabricant, les étapes décrites ci-dessus peuvent être combinées par 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 duct tape doit répondre à une série de tests standards décrits par l'American Society for Testing and Materials. Ces méthodes mesurent deux propriétés clés de l'adhésif : sa force d'adhésion (qui détermine combien bien le ruban adhère à une autre surface) et sa force de cohésion (qui montre comment bien l'adhésif collera au support en tissu). Une méthode courante d'évaluation consiste à appliquer le ruban sur une plaque en acier inoxydable standardisée, puis à mesurer la force requise pour l'arracher. La plaque est ensuite examinée pour déterminer combien, le cas échéant, de résidu adhésif reste. Le revêtement adhésif lui-même est surveillé pour évaluer combien bien il colle à son support. Les conditions où l'adhésif laisse un résidu sont connues sous les noms de rampe (creeping), fissuration (crazing), suintement (oozing) et saignement (bleeding). Les techniciens de contrôle qualité surveillent aussi les « yeux de poisson » (fisheyes), le terme utilisé pour décrire une application inégale de l'adhésif.

En plus des tests standards, chaque fabricant a ses propres méthodes propriétaires pour évaluer ses produits. Par exemple, certaines entreprises mesurent le point de rupture du duct tape. D'autres évaluent le son de « froissement » (scrunch) du ruban au dévidage car les consommateurs croient qu'un arrachement bruyant du rouleau est un signe de force. D'autres tests sont conçus pour mesurer le tack initial. Une façon de le faire est de tirer des balles de ping-pong sur des bandes de ruban côté collant vers le haut pour mesurer jusqu'où elles roulent avant d'être arrêtées par le ruban.

Malgré la réputation du duct tape pour son adhésion supérieure, des tests de chercheurs indépendants ont trouvé que le ruban ne fonctionne pas aussi bien qu prévu. En 1998, les chercheurs Max Sherman et Iain Walker du Lawrence Berkeley National Laboratory du Département de l'Énergie évaluèrent 12 types différents de duct tape. Ils conçurent un test de vieillissement accéléré imitant les conditions de température d'un bâtiment résidentiel ou de bureau de la nuit au jour et de l'hiver à l'été. Ils utilisèrent une série de jonctions à doigt standard reliant un conduit plus petit à un plus grand. En enveloppant chaque jonction test avec une marque différente de duct tape, ils évaluèrent l'étanchéité sous des conditions de température et d'humidité conçues pour être similaires à celles des systèmes de chauffage et climatisation domestiques. Les chercheurs effectuèrent aussi un test de cuisson où les jonctions d'échantillon furent cuites à des températures plus élevées. La plupart des jonctions testées fuyaient à 50 % ou plus, selon les chercheurs. Leurs résultats montrèrent aussi qu'une grande proportion des rubans échouaient à fonctionner quand les températures descendaient sous le gel (0 °C) ou dépassaient 93 °C. Cependant, l'industrie du ruban contesta ces résultats, affirmant que pour une efficacité optimale, leurs produits devraient être assistés par des colliers ou pinces.

Avenir

Les considérations environnementales et de prix poussent les chercheurs à identifier de nouvelles formulations adhésives à moindre coût — le prix général pour un rouleau de duct tape polyvalent de 5 cm de large et 46 m de long est d'environ trois dollars — qui maintiennent une haute fonctionnalité sans être nuisibles à l'environnement. En outre, les considérations marketing poussent les améliorations de produit. En réponse aux critiques que le duct tape ne fonctionne pas bien aux températures extrêmes, les fabricants créent des formulations plus avancées spécialement conçues pour résister aux fluctuations sévères de chaleur et de froid. Pour la première fois, des normes formelles sont créées spécifiquement pour le duct tape utilisé sur les gaines flexibles. Les fabricants de ruban soutiennent ce plan car ils croient que la certification par Underwriters Laboratories (un organisme de test de sécurité des produits) boostera leurs ventes.