Brevet FR2618446A1 — publié le 19890127

-- 1 -- L'invention concerne une peinture ionisable per- mettant de diffuser les forts courants électriques, par exemple ceux dus à la foudre, et son application à la protection des parties de lanceurs ou d'aéronefs suscep- tibles d'être frappées par la foudre. Les matériaux diélectriques (composites: époxy- des/fibres de carbone, époxydes/fibres de verre, époxy- des/fibres d'aramides, etc..) de plus en plus utilisés sur lanceurs ou aéronefs, ne permettent pas d'écouler les très forts courants de foudroiement et sont partiel- lement ou totalement détruits ainsi que les cAblages électriques se situant à proximité. Les solutions actuellement connues pour se protéger de la foudre consistent en la pose de treillis métalliques qui sont collés à la surface des diélectriques ou de bandes adhésives conductrices; par-dessus, on applique ensuite une peinture de finition. Ces solutions ont pour inconvénients majeurs d'être difficiles à mettre en oeuvre et, d'autre part, d'être d'un coût élevé. Il serait donc avantageux de disposer d'une pein- ture ou composition de revêtement ayant une fonction de protection contre la foudre. La demanderesse a maintenant trouvé des nouvelles peintures ou compositions de revêtement ionisables permet- tant d'écouler les très forts courants de foudroiement. Plus particulièrement, l'invention concerne une peinture comprenant un liant à propriétés filmogènes et un pigment, caractérisée en ce que le pigment comprend au moins un sel de métal alcalin ou de métal alcalino-ter- reux, ayant un faible potentiel d'ionisation, d'un acide organique monoou polyfonctionnel, d'acide carbonique ou d'un polymère à fonction acide, ce pigment étant pré- sent en quantité suffisante pour rendre la peinture ioni- sable sous l'action d'un fort courant électrique. A l'heure actuelle, on préfère employer des sels de césium ou de baryum, comme pigment. - 2 - Par l'expression "faible potentiel d'ionisation" on entend un potentiel compris entre 3,89 et 6,2 volts, pour la première ionisation. Les pigments utiles dans l'invention ont une tem- pérature de décomposition de l'ordre de 200 à 600 C envi- ron, et libèrent des ions qui permettent de diffuser les courants électriques dus à la foudre, à la surface de la peinture, assurant ainsi une protection des matériaux diélectriques sous-jacents. Comme acides organiques, on peut utiliser, par exemple, l'acide oxalique, tartrique, citrique, malonique, maléique, etc... Comme polymères à fonction acide, on peut utiliser tous polymères à groupes carboxyle et/ou sulfonyle. Des résines échangeuses d'ions se sont révélées particulière- ment appropriées. Les peintures de l'invention peuvent s'appliquer en une ou plusieurs couches sur les substrats à peindre. On peut utiliser n'importe quel liant comme étant utile pour la formation de peintures. On peut citer, à titre d'exemples non limitatifs, des polyuréthanes, des résines époxydes, des résines acryliques, des résines gly- cérophtaliques, des résines silicones, etc... L'homme de l'art pourra trouver dans l'abondante littérature publiée à ce sujet de nombreux types de liants utilisables. Outre les pigments ionisables de l'invention et le liant, les peintures de l'invention peuvent com- prendre des pigments classiques blancs ou colorés, par exemple le dioxyde de titane, l'oxyde de zinc, l'oxyde d'étain, l'orthotitanate de zinc, l'oxyde de fer, l'oxyde de chrome, etc... Le pourcentage, en poids, de pigment ionisable par rapport au poids total des pigments peut être compris entre 20 et 100%. D'autre part, le rapport en poids de pigments totaux/liant sera habituellement dans la gamme de 0,7 à 4, bien que ces valeurs ne soient pas étroitement criti- ques. - 3 - La peinture de l'invention peut contenir aussi un ou plusieurs solvants, tels que, par exemple, des hy- drocarbures aromatiques, des hydrocarbures aliphatiques, des cétones, des esters, des éthers de glycol, etc... La peinture peut également être mise sous la forme d'une émulsion ou dispersion aqueuse. La proportion de solvant sera habituellement comprise dans la gamme de O & 60% en poids par rapport au poids total de la peinture. Bien entendu, les peintures de l'invention peuvent comprendre également tous adjuvants désirés communément employés dans les formulations de peintures. L'application des couches de peinture de l'inven- tion sur un substrat peut s'effectuer au pistolet à pein- ture,-à la brosse ou par toute autre technique connue. Les peintures de l'invention peuvent être appli- quées sur toutes sortes de substrats tels que les métaux ou des matériaux composites. A titre de substrats conve- nables on peut citer: les composites époxydes-fibres de verre, les composites époxyde-fibres de carbone, les com- posites époxyde-fibres d'aramide, les alliages métalliques. Si désiré ou nécessaire, on peut appliquer une couche de primaire phosphatant, ou toute autre couche de primaire ou d'apprêt avant d'appliquer les peintures de l'invention. Outre son utilisation sur lanceurs 'ou aéronefs en vue de les protéger contre la foudre, les peintures de l'invention peuvent être utiles dans d'autres industries ou d'autres domaines, par exemple en électronique. Les exemples non limitatifs suivants sont donnés en vue d'illustrer l'invention. EXEMPLE 1 - On obtient une peinture anti-foudre dont l'épais- seur après séchage est comprise entre 15 et 100 micromè- tres, en appliquant sur un substrat une peinture préparée par le mode opératoire suivant: A 102,8 g de liant polyuréthanne DESMOPHEN 651 (vendu par la Société BAYER), on ajoute 18 g d'acétate d'éthylèneglycol et 52 g d'acétate d'éthyle dans un dis- - 4- perseur vertical, puis on ajoute 62g de tartrate acide de césium, 62 g de dioxyde de titane et 0,6 g de silice de diatomées à la solution obtenue et on disperse encore pendant 10 minutes. La silice de diatomées est un agent anti-déposition évitant la formation d'agglomérats de pigments au cours du stockage de la peinture. On broie la p&te obtenue dans un broyeur à billes RED DEVIL pendant 30 minutes. On sépare la composition obtenue des billes par tamisage. On incorpore 82,25 g de durcisseur DESMODUR N75 à la composition résultante juste avant application de celle-ci. Le rapport pigments/liant (P/L) est de 1. Les essais de foudroiement de cette peinture appliquée sur composite époxy-fibres de verre ont montré un bon comportement de celle-ci. Ces essais ont été conduits suivant la norme mili- taire américaine M/L STD1275 A et suivant la recommanda- tion de l'aviation civile américaine: AC 2053 A. Lors de ces éssais, la foudre avait deux composan- tes: - l'une A de caractéristiques: Intensité: 200 kA avec un flux de 2 x 1 AI /s; - L'autre C*: courant de 20 coulombs avec une intensité maximale de 400A. Le mode de préparation des compositions de peintu- res des exemples suivants se fait de façon similaire à celui décrit cidessus, à l'exception des modifications indiquées concernant les ingrédients employés. EXEMPLE 2 - On obtient une peinture anti-foudre dont l'épais- seur après séchage est comprise entre 15 et 100 micromè- tres, en appliquant sur un substrat une peinture dont la composition est la suivante: - liant polyuréthanne DESMOPHEN 651 (102,8 g) et durcisseur DESMODUR N75 (82,25 g) produits par BAYER; _ pigment: mélange d'oxalate de baryum (62 g), de dioxyde de titane (62 g) et de silice de diatomées (0,7 g); - 5 - - solvants: mélange d'acétates de l'exemple 1. Le rapport P/L est de 1. Les essais de foudroiement de cette peinture appliquée sur composite époxy-fibres de verre ont montré un bon comportement de celle-ci. EXEMPLE 3 - On obtient une peinture anti-foudre dont l'épais- seur après séchage est comprise entre 15 et 100 micromè- tres, en appliquant sur un substrat une peinture dont la composition est la suivante: - liant polyuréthanne DESMOPHEN 651 (102,8 g) et durcisseur DESMODUR N75 (82,25 g) produits par BAYER; - pigment: DOWEX W50 x 8 (résine échangeuse d'ions) traité par le nitrate de césium (44 g), oxyde d'étain (80 g) et silice de diatomées (0,6 g). Le rapport P/L est de 1. Les essais de foudroiement de cette peinture appliquée sur composite époxy-fibres de verre ont montré un bon comportement de celle-ci. EXEMPLE 4 - On obtient une peinture anti-foudre dont l'épais- seur après séchage est comprise entre 15 et 100 micromè- tres, en appliquant sur un substrat une peinture dont la composition est la suivante: - liant polyuréthanne DESMOPHEN 651 (102,8 g) et durcisseur DESMODUR N75 (82,25 g) produits par BAYER; - pigment: DOWEX W50 X 8 (résine échangeuse d'ions) traité par l'hydroxyde de baryum (44 g), oxyde d'étain (80 g) et silice de diatomées (0,6 g); - solvants: mélange d'acétates de l'exemple 1. Le rapport P/L est égal & 1. Les essais de foudroiement de cette peinture appliquée sur composite époxy-fibres de verre ont montré un bon comportement de celle-ci. EXEMPLE 5 - On obtient une peinture anti-foudre dont l'épais- seur après séchage est comprise entre 15 et 100 micromè- tres, en appliquant sur un substrat une peinture dont -- 6 -- 44 -6- la composition est la suivante: - liant polyuréthanne DESMOPHEN 651 (102,8 g) et durcisseur DESMODUR N75 (82,25 g) produits par BAYER; pigment: mélange de tartrate de césium (31 g), d'oxalate de baryum (31 g), de dioxyde de titane (62 g) et de silice de diatomées (0,7g); - solvants: mélange d'acétates de l'exemple 1. Le rapport P/L est égal à 1. Les essais de foudroiement de cette peinture appliquée sur composite époxy-fibres de verre ont montré un bon comportement de celle-ci. EXEMPLE 6 _ On obtient une peinture anti-foudre dont l'épais- seur après séchage est comprise entre 15 et 100 micromè- tres, en appliquant sur un substrat une peinture dont la composition est la suivante: - liant polyuréthane DESMOPHEN 651 (102,8 g) et durcisseur DESMODUR N75 (82,25 g) produits par BAYER; - pigment: mélange de tartrate de césium (15,5 g), d'oxalate de baryum (46,5 g), de dioxyde de titane (62 g) et de silice de diatomées (0,7 g); r solvants: mélange d'acétates de l'exemple 1. Le rapport P/L est égal à 1. Les essais de foudroiement de cette peinture appliquée sur composite époxy-fibres de verre ont montré un bon comportement de celle-ci. EXEMPLE 7 - On obtient une peinture anti-foudre dont l'épais- seur après séchage est comprise entre 15 et 100 micromè- tres, en appliquant sur un substrat une peinture dont la composition est la suivante: - liant polyuréthane DESMOPHEN 651 (51,4 g) et durcisseur DESMODUR N75 (41,1 g) produits par BAYER; - pigment: mélange de tartrate de césium (62 g), de dioxyde de titane (62 g) et de silice de diatomées (0,7 g); _ mélange d'acétates de l'exemple 1. Le rapport P/L est égal à 2. -7- Les essais de foudroiement de cette peinture appliquée sur composite époxy-fibres de verre ont montré un bon comportement de celle-ci. EXEMPLE 8 - On obtient une peinture anti-foudre dont l'épais- seur après séchage est comprise entre 15 et 100 micromè- tres, en appliquant sur un substrat une peinture dont la composition est la suivante: - liant polyuréthanne DESMOPHEN 651 (51,4 g) et durcisseur DESMODUR N75 (41,1 g) produits par BAYER; - pigment: mélange d'oxalate de baryum (62 g), de dioxyde de titane (62 g) et de silice de diatomées (0,7 g); - solvants: mélange d'acétates de l'exemple 1. Le rapport P/L est de 2. Les essais de foudroiement de cette peinture appliquée sur composite époxy-fibres de verre ont montré un bon comportement de celle-ci. - 8 - REVENDICATIONS 1. Une peinture comprenant un liant à propriétés filmogènes et un pigment, caractérisée en ce que le pigment comprend au moins un sel de métal alcalin ou de métal alcalino-terreux, ayant un faible potentiel d'ionisation, d'un acide organique mono- ou polyfonctionnel, d'acide carbonique ou d'un polymère à fonction acide, ce pigment étant présent en quantité suffisante pour rendre la pein- ture ionisable sous l'action d'un fort courant électrique. 2. Une peinture selon la revendication 1, caracté- risée en ce que le pigment est un sel de césium ou de baryum. 3. Une peinture selon la revendication 2, caracté- risée en ce que ledit pigment est choisi parmi le tartrate acide de césium, l'oxalate de baryum, une résine échangeuse d'ions acide ayant subi un échange par des ions césium ou baryum, le tartrate de césium, et leurs mélanges. 4. Une peinture selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle contient, en outre, un pigment classique pour peintures, coloré ou non. 5. Une peinture selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisée en ce que le pigment ioni- sable constitue 20 à 100% en poids du total de pigments présents. 6. Une peinture selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisée en ce que le rapport en poids pigments totaux/liant est compris entre 0,7 et 4. 7. Une peinture selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle contient aussi un solvant à raison de 0 à 60% en poids par rapport au poids total de la peinture. 8. Utilisation d'une peinture selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 7 pour protéger un substrat contre les effets de la foudre.