Aquest article ha estat escrit originalment en castellà. L'hem traduït automàticament per a la vostra comoditat. Tot i que hem fet esforços raonables per a aconseguir una traducció precisa, cap traducció automática és perfecta ni tampoc pretén substituir-ne una d'humana. El text original de l'article en castellà podeu veure'l a Nuevo sistema de aplicación para recubrimientos innovadores sol-gel para el sector aeronáutico

Ver más artículos sobre: Mecanitzats d'alta volada

Projecte GreenGELAIR

Nou sistema d'aplicació per a recobriments innovadors sol-gel per al sector aeronàutic

Dra. Ana Valero Gómez, Unitat de Tecnologies Químiques-Aimme, Dra. Antonia Jiménez Morales, Grup de Tecnologia de Pólvores-Univ. Carlos III de Madrid, Francisco de la Vega Náñez, gerent de Galvatec Tractaments Superficials

04/02/2014

El desenvolupament de nous sistemes protectors contra la corrosió, sostenibles amb el medi ambient i amb propietats altament adherents que assegurin la seva durabilitat, és un dels principals objectius en el sector aeronàutic. Aquesta situació ve motivada principalment tant a regulacions mediambientals [1-2], com als alts costos de manteniment associats [3], així com els costos de seguretat laboral i gestió mediambiental que comporta aquest manteniment [4-5].

Els resultats del projecte GreenGELAIR proporcionaran un nou sistema d'aplicació de recobriments innovadors al sector aeronàutic. Aquest sistema, basat en desenvolupaments sol-gel, serà respectuós amb el medi ambient i obtindrà altes prestacions quant a adhesió i protecció contra la corrosió de l'alumini. A més un nou i versàtil dispositiu d'aplicació, específic per a aquest innovador recobriment, serà dissenyat i construït facilitant la seva utilització tant per a operacions de manteniment, MRO, com en la fabricació de nous equips, OEM.

Sistemes de pintura sobre alumini en el sector aeronàutic

Els sistemes actuals de protecció contra la corrosió en el sector aeronàutic es basen en sistemes de pintura multicapas. Aquests sistemes, tradicionalment, es basen en un pretractament realitzat sobre l'alumini consistent en una capa de conversió química que conté cromats, a continuació se li afegeix una primera capa orgànica o primari (primer) amb inhibidors de la corrosió i promotors d'adhesió la funció de la qual és la unió entre el metall i el sistema de pintura. Després d'aquest primari, els sistemes de pintura poden contenir diferents capes successives. Per a les parts exteriors de l'avió és habitual trobar sistemes amb una capa secundària i un acabat o top-coat mentre que per a les parts interiors de l'avió la capa intermèdia no se sol utilitzar. L'última capa es basa en polímers tipus poliuretà que proporcionen propietats barrera al sistema així com estètiques. La funció final del sistema de pintura és prevenir i retardar els efectes agressius del mitjà sobre el metall.

Actualment les principals companyies aeronàutiques han desenvolupat alternatives a aquests pretractaments cròmics. Entre les diverses alternatives existents calen destacar el procés TSA (Tartaric Sulphuric acid Anodising) desenvolupat per AIRBUS, o el BSA (Boric Sulphuric Acid Anodising) desenvolupat per Boeing. Tots dos són processos electroquímics que no són possibles d'utilitzar en les operacions de manteniment i reparació (MRO) o en retocs en línia de producció. En aquests casos encara és habitual utilitzar productes en base crom, principalment Alodine^T, aplicat en estic per a superfícies molt petites.

D'altra banda, entre els processos no electroquímics alternatius, cal destacar el sistema Boegel desenvolupat per Boeing i basat en processos sol-gel o el procés PreKote desenvolupat per Pantheon Chemical i implementat per Dassault Aviation basat en sistemes orgànics bipolars.

L'alternativa que s'està duent a terme en el projecte GreenGELAIR es basa en el desenvolupament d'un nou i competitiu recobriment híbrid sol-gel que millori les prestacions dels actuals processos. Els sistemes híbrids sol-gel presenten l'elasticitat dels sistemes orgànics i la resistència química i propietats mecàniques dels inorgànics. Els esquelets formats per enllaços Si-O tenen una energia d'enllaç de 445 Kj/mol més alta que la dels enllaços dels polímers convencionals amb enllaços C-C amb una energia de 358 Kj/mol [6-8]. Això comporta a una major resistència química, ja que es necessita una major energia per trencar l'enllaç, augmentant la durabilitat del recobriment així com la resistència a la degradació atmosfèrica, a la calor i a la radiació UV que els sistemes orgànics com són els polímers.

En el projecte es testearán dos sistemes de pintura, amb i sense sistema primari. Aquest últim com a alternativa a les pintures interiors en avions.

Figura 1. Esquema dels nous sistemes de pintura que s'estudien en GreenGELAIR basats en recobriments innovadors híbrids sol-gel amb i sense capa primària.

Projecte GreenGELAIR – Programa Clean Sky 7PM

Els principals objectius del projecte són el desenvolupament de la formulació d'un nou i competitiu producte sol-gel així com el desenvolupament d'un innovador i versàtil sistema per a la seva aplicació tant en operacions de manteniment, (MRO) com en fabricació de peces originals, (OEM). L'execució del projecte permetrà obtenir una alternativa més ecològica en el procés de pintat d'avions. Els principals objectius del mateix es mostren en la següent figura.

Figura 2. Objectius del Projecte GreenGELAIR.

Aimme, com a líder del projecte, compta amb el suport de la Universitat Carlos III de Madrid, UC3M com a soci tecnològic i expert en desenvolupament de productes sol-gel que augmenten l'adherència en pintures sobre substrats metàl·lics. També compta amb l'empresa Galvatec com a soci expert en operacions tant de MRO com d'OEM en el sector aeronàutic. El promotor del projecte és l'empresa francesa Dassault Aviation i compta amb el finançament del 7º Programa Marco i la iniciativa conjunta Clean Sky 2013.

Interior de la cabina de pintat en Galvatec.

Estructura i etapes del projecte

En la següent figura es mostra la seqüència de treball en les activitats de demostració per validar el producte sol-gel i el seu dispositiu d'aplicació desenvolupat en el projecte:

Figura 3. Seqüència de treball en la fase de demostració del projecte.

El projecte s'estructura en quatre fases tècniques relacionades entre si com apareix en la Figura 4.

Figura 4.

En la primera fase es defineix la formulació i estudi cinètic dels productes sol-gel innovadors amb altes prestacions d'adherència així com propietats anticorrosivas. En paral·lel amb aquesta fase es realitza el disseny del dispositiu d'aplicació ajustat al procés químic desenvolupat. A continuació en una tercera fase s'ajusten les variables operatives del dispositiu al procés químic i a les condicions d'aplicació en la indústria. També es comprova l'estabilitat del producte fabricat amb el dispositiu i el seu reproducibilidad en l'escalat. L'última fase té com a objectiu validar tant el producte com el dispositiu d'aplicació. Per a això es duen a terme la seqüència d'aplicació dels recobriments descrits en la Figura 3. A més, es realitzen sobre aquestes aplicacions diferents assajos de propietats d'adherència i protecció contra la corrosió d'aquests sistemes sol-gel sobre diferents tipologies de peces comparant-los amb sistemes de recobriments actuals.

Representació esquemàtica de les reaccions de polimerització en la creació de xarxes híbrides sol-gel.[A.A. L'Hadad et al, Colloid Polym Sci (2011) 289:1875–1883].

Grau d'innovació

El sistema sol-gel proposat serà versàtil i competitiu, minimitzant les operacions de manteniment i costos i eliminant els problemes mediambientals dels sistemes actuals. Els resultats del projecte són d'aplicació directa en el sector aeronàutic encara que també podran ser aplicats en altres sectors amb processos de tractament de superfícies similars, com poden ser l'automobilístic o el de manteniment industrial. Aquest projecte ha rebut finançament del setè programa marco (FP72007-2013) dins del programa de la Iniciativa Conjunta CleanSky sota concessió de contracte n ° 620136. El promotor del projecte és l'empresa francesa Dassault Aviation.

Bibliografia

[1] Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals-Reglamento REACH EC nº1907/2006, http://ec.europa.eu/environment/chemicals/reach/reach_intro.htm

[2] OSHA, Occupational Safety and Health Administration. http://www.osha.gov/sltc/hexavalentchromium/index.html

[3] Report of the Ad hoc Committee on Life Extension and Mission Enhancement for Air Force Aircraft, Vol. 1, Executive Summary, US Air Force Scientific Advisory Board Report No. SAB-TR-94-01, Washington, DC, 1994

[4] I.Joshua Du et al. Progress in Organic Coatings 41 (2001), 226-232.

[5]Directiva 2004/42/CE relativa a la limitació de les emissions de compostos orgànics volàtils (COV) degudes a l'ús de dissolvents orgànics en determinades pintures i vernissos.

[6] J.M. Keijman, Properties and usi of inorganic polysiloxane hybrid coatings for the protective coatings industry, in: 2as Jornades dóna Revista Corrosao i Proteccao de Materiais, Lisbon, November, 2000.

[6] N.R. Mowrer, Performance Coatings and Finishes, Polysiloxanes, Ameron International, 2003, November.

[7] J.M. Keijman, High Solids Coatings: Experience in Europe and USA, in: Proceedings Protective Coatings Europe Conference, Paper 40, The Hague, The

Netherlands, March, 1997.