Vývoj a výzkum nátěrových hmot pro letecký průmysl

V případě výrobků letecké techniky jsou požadavky na odolnost povrchových ochran a úprav o to složitější, že tyto výrobky se mohou vyskytovat v různých lokalitách, s různými klimatickými a dalšími podmínkami, které se mnohou velmi rychle měnit, a to jak při zemském povrchu, tak i v letových hladinách. Požadavky na povrchové úpravy v letectví proto kombinují nároky na velmi vysokou odolnost proti vnějším vlivům v řadě prostředí a na použití na různých typech konstrukčních materiálů s nároky na nízkou hmotnost, případně s dalšími specifickými potřebami podle konkrétního užití. V posledních letech také významně vzrostly požadavky hygienicko-ekologického charakteru, a to jak na používané materiály včetně povrchových ochran a úprav, tak i na technologie jejich aplikace či opravy. Povrchové úpravy pro letectví tak musejí splňovat řadu kritérií, aby byly konkurenceschopné samy o sobě, i v rámci výsledného produktu.

V roce 2015 bylo zahájeno řešení výzkumně-vývojového a inovačního projektu s názvem Centrum výzkumu povrchových úprav. Tento projekt je řešen v rámci programu Centra kompetence vypsaného Technologickou agenturou ČR. Projekt je relativně rozsáhlý a zahrnuje výzkumně-vývojové a inovační aktivity zaměřené zejména na oblast nátěrových hmot. Řešitelem projektu je firma Synpo jako jeden z významných subjektů v oblasti výzkumu, vývoje a také výroby nátěrových hmot. Dále se na řešení podílejí i další výrobci barev, univerzity a výzkumné organizace a také významné průmyslové firmy jakožto zástupci a představitelé daného průmyslového oboru. Celkově se projektu účastní 14 subjektů.

Projekt je navržen s velkým důrazem na aplikační hledisko předpokládaných výsledků řešení orientované na stěžejní průmyslové oblasti v ČR. Zejména jde o pozemní stavitelství, energetiku, všeobecné strojírenství a také o letecký průmysl, kterému je věnován celý jeden pracovní balíček s názvem Aerospace Industry. Řešení projektu v oblasti letectví probíhá v několika paralelních aktivitách, které jsou zaměřeny například na:
- nové nátěrové systémy se sníženým obsahem VOC pro použití v letectví,
- nátěrové systémy pro integrální palivové nádrže letadel,
- UV vytvrditelné povlaky pro letectví,
- vývoj odstraňovačů nátěrů,
- nehořlavé nátěry pro interiéry,
- nátěrové systémy pro extrémní klimatické podmínky.

Předmětem výzkumu jsou jak samotné nátěrové hmoty a systémy, tak i technologie jejich aplikace nebo oblast předúprav povrchu před nanášením nátěrových hmot. Na řešení spolupracují zejména firmy Colorlak, Synpo, Výzkumný a zkušební letecký ústav, Galatek, ČVUT v Praze a Aircraft Industries. Předpokládá se, že vyvinuté a ověřené nátěry a nátěrové systémy budou aplikovány na letecké výrobky, a to minimálně u spoluřešitele Aircraft Industries, který patří mezi stěžejní české výrobce letecké techniky. Výhledově pak mají být nově vyvinuté nátěry plně zavedeny do praxe právě na výrobcích Aircraft Industries s perspektivou mnohem širšího praktického uplatnění.

Součástí prací je jak samotná prvotní formulace nátěrových hmot, tak i ověření její aplikovatelnosti a samozřejmě provedení rozsáhlých zkoušek, které ověřují kvalitu nátěru i jeho použitelnost pro výrobky letecké techniky. Zejména zkušební činnost je velmi rozsáhlá a časově náročná. Odzkoušení příslušné série zkušebních vzorků s aplikovanými vývojovými typy nátěrů trvá zpravidla několik měsíců. Metodiky zkoušek se přitom významně liší v závislosti na určení použití nátěrové hmoty či systému (např. nátěr pro vnitřní nebo pro vnější povrchy letadel; nátěr pro integrální palivové nádrže apod.). Skladba a parametry zkoušek použitých při ověřování v rámci použitých zkušebních metodik vycházejí z požadavků na vlastnosti povlaků, resp. z charakteru použití jednotlivých nátěrů/systémů pro různé aplikace. Kromě obvyklých typů zkoušek, jako jsou zkoušky na odolnost teplu, chladu, střídání teplot či teplotní šoky, vlhkostně-teplotní testy nebo korozní zkoušky a zkoušky simulovaným slunečním zářením, které jsou používány zejména pro ověřování odolnosti povlaků vystavených působení přímé povětrnosti, jsou prováděny i speciální typy zkoušek. Jedná se například o testy zaměřené na odolnost a kompatibilitu nátěrových hmot s různými pracovními médii (např. palivo, hydraulické kapaliny apod.) pro nátěry určené pro integrální nádrže nebo do míst, kde je možný kontakt s těmito médii, nebo zkoušky prověřující abrazní a erozní odolnost povlaků, které se používají pro nátěry určené na místa vystavená zvýšenému abrazně-eroznímu namáhání (např. náběžné hrany apod.).

Z hlediska hodnocení se pozornost zaměřuje zejména na schopnost povlaků chránit základní materiál, jejich přilnavost k základnímu materiálu či míru ztráty adheze (např. při mřížkovém testu nebo odtrzích), delaminaci nátěru, ale také tvrdost nátěru, otěruvzdornost, stálost barevného odstínu a lesku, případně další vlastnosti.

Veškeré prováděné činnosti mají zajistit potřebnou kvalitu a odolnost nátěrů minimálně na úrovni srovnatelné s nátěry jiných světových výrobců. Vzhledem k charakteru nových či inovovaných výrobků – nátěrových hmot – lze také očekávat značný přesah v použití i do dalších, příbuzných průmyslových oborů. Výzkumně-vývojové práce prováděné v rámci pracovního balíčku Aerospace Industry mají významný synergický efekt i ve vztahu k ostatním řešeným úkolům v rámci dalších pracovních balíčků.

Také ostatní pracovní balíčky se dominantně zabývají problematikou vývoje nátěrových hmot a systémů, avšak s potenciálem uplatnění zejména v jiných průmyslových oborech. Uvedená témata doplňují související aktivity, jako například řešení problematiky předúprav povrchů. Z dalších řešených témat lze uvést např. oblast plazmochemické modifikace jednovrstevných nátěrových hmot a jejich diagnostiku nebo výzkum a vývoj v oblasti interaktivních nátěrových hmot, zejména termochromických nátěrových hmot měnících odstín v důsledku změny teploty. Dále jde například o chemicky a radiačně odolné vrstvy, antifoulingové povlaky, elektricky vodivé nátěry, povlaky s nízkou povrchovou energií a mnohé další. Důraz je kladen i na environmentální hledisko a vývoj nátěrů s nízkým obsahem VOC nebo nových vodouředitelných nátěrů se zvýšenou odolností. Oblast nátěrových hmot a technologií jejich aplikace doplňuje řešené téma tepelných bariér, které patří mezi nejpokročilejší a nejkomplexnější systémy povrchových úprav.

Centrum výzkumu povrchových úprav je plánováno do roku 2019. Více informací o samotném projektu a novinkách v řešení je možné získat na stránkách centra.

Projekt Centra výzkumu povrchových úprav je finančně podporován TA ČR.

Výzkumný a zkušební letecký ústav

Ing. Miroslav Valeš, Ph.D.

m.vales@vzlu.cz

www.vzlu.cz