Epoxy/thermoplastic polyurethane self-stratifying coating for aeronautical applications
Résumé
To integrate a function to a material via its surface, various coatings with different
properties (adhesive, antibacterial, flame-retardant, weather-resistant, etc.) are
generally required. These multi-layer systems require complex application and curing
procedures. The multiple formulation, application and processing steps not only
increase by-products and environmental impact but also lead to a significant use of
energy until a solid film is formed. Moreover, these multiple processing steps require
long application times that are impractical for industrial needs. In addition, adhesion and
aging problems can arise due to the often-different chemical nature of these complex
structures. It is therefore desirable to reduce the number of layers to a minimum, while
offering overall performance equivalent or superior to current systems, by forming
multilayer paint films from a monolayer system.
In this context, the self-stratifying approach [1] appears to be a promising solution, since
it enables complex multilayer or gradient coating structures to be formed in a single step
directly on a substrate (metal, plastic, composite...), combining optimized surface and
adhesion properties in a single coating composition.[2] Each layer fulfills a specific
function: the bottom layer promotes adhesion and protects the substrate, while the top
layer provides aesthetic appeal and protection against atmospheric conditions. [3]
This study deals with the replacement of a two-layer epoxy/thermoplastic polyurethane
(TPU) coating applied on composite structures for aeronautical applications by a selfstratifying
epoxy/TPU coating. The design and main challenges related to the
stratification process will be presented. The focus will be put on the characterization of
the stratified layers, and the main properties of the obtained coatings will be presented.
Using TPU as a top coat on an aircraft offers a range of advantages that make it a
popular choice in aerospace applications.
Pour intégrer une fonction à un matériau via sa surface, divers revêtements dotés de propriétés différentes (adhésives, antibactériennes, ignifuges, résistantes aux intempéries, etc.) sont généralement nécessaires. Ces systèmes multicouches impliquent des procédures complexes d'application et de durcissement. Les multiples étapes de formulation, d'application et de traitement augmentent non seulement les sous-produits et l'impact environnemental, mais entraînent également une consommation d'énergie significative jusqu'à la formation d'un film solide. De plus, ces multiples étapes de traitement nécessitent des temps d'application longs, peu pratiques pour les besoins industriels. En outre, des problèmes d'adhésion et de vieillissement peuvent survenir en raison de la nature chimique souvent différente de ces structures complexes. Il est donc souhaitable de réduire le nombre de couches au minimum, tout en offrant des performances globales équivalentes ou supérieures aux systèmes actuels, en formant des films de peinture multicouches à partir d'un système monocouche.
Dans ce contexte, l'approche d'auto-stratification [1] apparaît comme une solution prometteuse, car elle permet de former des structures complexes de revêtements multicouches ou en gradient en une seule étape directement sur un substrat (métal, plastique, composite...), combinant des propriétés de surface et d'adhésion optimisées dans une seule composition de revêtement. [2] Chaque couche remplit une fonction spécifique : la couche inférieure favorise l'adhésion et protège le substrat, tandis que la couche supérieure apporte un attrait esthétique et une protection contre les conditions atmosphériques. [3]
Cette étude porte sur le remplacement d'un revêtement bicouche époxy/polyuréthane thermoplastique (TPU) appliqué sur des structures composites pour des applications aéronautiques par un revêtement auto-stratifiant époxy/TPU. La conception et les principaux défis liés au processus de stratification seront présentés. L'accent sera mis sur la caractérisation des couches stratifiées, et les principales propriétés des revêtements obtenus seront exposées. L'utilisation de TPU comme couche supérieure sur un avion offre une gamme d'avantages qui en font un choix populaire dans les applications aérospatiales.