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Tester les propriétés d'adhérence d'un revêtement de finition garantit une performance optimale du produit.
Pour répondre aux attentes toujours plus exigeantes des clients d'aujourd'hui, les finitions hautement complexes comportant des systèmes multicouches de type ameublement sont de plus en plus courantes dans tous les secteurs de l'industrie de la finition du bois. Ces tendances en matière de finition imposent l'utilisation de lasures, de vernis teintés, de colorants et d'autres revêtements haute performance. Avec ces systèmes de finition, les applicateurs doivent redoubler de vigilance lors des essais afin de s'assurer que les propriétés d'adhérence du système utilisé répondent aux exigences de performance du produit.
L'adhérence est un sujet très vaste auquel les laboratoires de formulation accordent une grande attention ; cependant, du point de vue de l'applicateur, elle est souvent négligée ou mal comprise. En tant que professionnel de la finition, mon intention est de fournir une connaissance pratique de l'adhérence des revêtements et des méthodes permettant d'évaluer l'intégrité de cette adhérence.
L'adhérence correspond à la capacité du revêtement à adhérer au substrat, appelée « adhérence au substrat », et à sa capacité à adhérer aux différentes couches du système, appelée « adhérence inter-couches ».
Deux facteurs influencent la capacité d'un revêtement à adhérer à la surface : l'adhérence mécanique et l'adhérence chimique.
L'adhérence mécanique se produit lorsque le revêtement s'accroche au profil de rugosité créé par le ponçage de la surface et pénètre autour des fibres du substrat pour ancrer solidement le feuil à la surface. Des profils de ponçage plus profonds et plus marqués améliorent l'adhérence du revêtement, tandis que des profils peu profonds et des surfaces plus lisses nuisent à sa capacité à adhérer correctement.
L'adhérence chimique désigne la capacité du revêtement à interagir chimiquement avec sa formulation. Divers composants de la chimie du revêtement influencent l'adhérence. Le revêtement doit posséder des propriétés mouillantes suffisantes pour pénétrer dans les pores de la surface et enrober les fibres du substrat. Les mélanges de solvants du système de revêtement permettent à ce dernier de fusionner avec les couches sous-jacentes. Les propriétés des résines varient et ont un impact direct sur la capacité d'adhérence.
Règle générale lors de la montée en gamme des technologies de revêtements, des laques aux vernis catalysés, en passant par les polyuréthanes bi-composants et les polyesters, les propriétés adhésives s'en trouvent considérablement renforcées.
Il ne faut toutefois pas supposer que tous les produits d'une même catégorie offriront des performances équivalentes. Chaque produit présente ses propres caractéristiques d'adhérence. Il incombe en dernier ressort à l'applicateur de vérifier que le système de revêtement choisi satisfait aux exigences d'adhérence requises pour chaque projet de finition spécifique. Un même système de revêtement affichera également des niveaux d'adhérence chimique différents selon les essences de bois et les substrats. Les résines, la poix et les huiles présentes dans le bois influencent considérablement la capacité d'adhérence chimique du revêtement. En tenant compte de tous les facteurs qui affectent la performance de l'adhérence, l'applicateur doit prendre des décisions éclairées quant au système de revêtement à utiliser.
Un protocole de finition détaillé ainsi qu'une procédure opératoire standardisée doivent alors être rédigés et validés par la signature du représentant du fournisseur de revêtements. Afin de s'assurer de la fiabilité et de la robustesse du système de revêtement sélectionné, l'applicateur doit toujours effectuer des essais d'adhérence rigoureux sur le feuil avant le lancement de la production.
Il existe trois procédures différentes pour évaluer la résistance du revêtement à se détacher du substrat et fournir différentes analyses d'adhérence du film : le test de quadrillage, le test d'adhérence par arrachage au racloir et le test d'adhérence par traction.
La méthode d'essai par arsement utilise un fléau d'équilibrage lesté muni d'un stylet arrondi ou d'une boucle. Les panneaux revêtus du feuil de finition sec sont déplacés sous le stylet, et le fléau est chargé de poids croissants jusqu'à ce que la finition soit arrachée du substrat par grattage. L'évaluateur utilise la charge en kilogrammes nécessaire pour enlever le feuil afin de quantifier les propriétés adhésives du revêtement. Cette procédure est conforme aux méthodes d'essai standard américaines (ASTM) — D2197, D2248, D2454, 5178, selon le revêtement et le substrat à tester. Les méthodes d'essai complètes sont disponibles sur le site Web de l'ASTM.
La deuxième méthode d'essai, la plus couramment utilisée dans l'industrie du bois, est le test de coupe par quadrillage. Cet essai est rapide et simple à réaliser à l'aide d'un kit de test de coupe par quadrillage économique, tel que le PosiTest CH. Un motif en treillis est découpé dans le film de finition jusqu'au substrat à l'aide d'un couteau de quadrillage. La zone d'essai est ensuite brossée en diagonale cinq fois dans chaque direction afin d'éliminer les particules de film de finition détachées.
Un ruban adhésif spécial pour les tests d'adhérence est ensuite fermement appliqué sur la zone quadrillée et retiré rapidement en tirant le ruban vers l'arrière pour révéler la quantité de revêtement arrachée par le ruban de test. La zone d'essai quadrillée est ensuite comparée visuellement aux normes (ASTM) D3002 et D3359.
Les normes comprennent cinq graphiques comportant des diagrammes visuels de divers degrés d'arrachement du feuil. La classe ASTM 5B illustre l'absence d'arrachement de film, représentant le niveau d'adhérence le plus élevé. La classe ASTM 1B illustre entre 35 % et 65 % de film enlevé, représentant la plus faible adhérence. Les classes 2B à 4B représentent divers degrés d'adhérence situés entre les classes 1B et 5B. En raison de cette comparaison visuelle, les résultats sont parfois quelque peu subjectifs et ne fournissent pas de valeur numérique définitive associée à cet essai.
La troisième méthode utilise un adhésimètre hydraulique pour mesurer la contrainte de traction en livres par pouce carré (psi) nécessaire pour détacher le revêtement dans une direction perpendiculaire au substrat. Pour effectuer cet essai, nous avons utilisé un adhésimètre PosiTest de DeFelsko, conformément à la norme ASTM D4541. Un plot de traction métallique (Dolly) est fixé perpendiculairement à la surface du film de revêtement sec à l'aide d'un adhésif CA (cyanoacrylate ou « superglue ») ou de l'adhésif fourni par le fabricant.
Une fois l'adhésif polymérisé, le Dolly est raccordé à l'appareil de traction hydraulique ; une pression hydraulique est appliquée et augmentée progressivement jusqu'à ce que le Dolly arrache le revêtement du substrat. Un manomètre sur l'appareil indique la quantité de pression (psi) requise pour détacher le revêtement du substrat.
Le résultat est un chiffre définitif qui peut être attribué à la propriété d'adhérence du revêtement. Des lectures différentes peuvent être obtenues sur différentes zones du panneau d'essai en raison de la variation de la densité du substrat en bois. Les plages supérieure et inférieure de pression d'arrachement acceptables pour répondre aux attentes doivent être attribuées à la valeur d'adhérence du revêtement.
Selon nos recherches, il n'existe aucune norme établie pour la pression d'arrachement attendue pour chaque catégorie de revêtement appliqué sur divers substrats ; celle-ci doit être déterminée par le finisseur pour le système de revêtement spécifique en cours d'évaluation.
Quel temps de séchage doit s'écouler avant de procéder aux essais d'adhérence ? Il est recommandé de vérifier le revêtement après le séchage initial et après le séchage à long terme. Les recommandations du fabricant du revêtement doivent être suivies quant au moment opportun pour effectuer les essais d'adhérence. Des facteurs tels que l'épaisseur du film appliqué, la méthode de séchage à l'air ambiant ou de séchage forcé, ainsi que le type de revêtement, doivent être pris en compte pour déterminer le moment de l'essai.
Normalement, un second essai doit être effectué après 30 jours. À mesure que les revêtements continuent de durcir, leurs propriétés d'adhérence évoluent. L'adhérence de certains revêtements s'améliore à mesure que la réticulation se poursuit, tandis que d'autres systèmes de revêtements voient leur adhérence diminuer en raison de taux de retrait différents entre le substrat ou les couches de revêtement du système.
Les finisseurs ne doivent jamais baisser leur garde face à une adhérence non conforme. Une défaillance majeure de produit peut entraîner la faillite et vous coûter, en tant que finisseur, votre emploi.
Note de la rédaction : Phil Stevenson est le fondateur de l'American Wood Finishing Institute à Vineland, dans le New Jersey. Le tableau ASTM a été extrait, avec permission, de la norme D 3359-02 « Standard Test Methods for Measuring Adhesion by Tape test », © ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428.
