Le vernis auto-cicatrisant

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Description détaillée

Les vernis de finition constituent la couche la plus externe des revêtements peinture recouvrant les carrosseries automobiles. Ces vernis sont des polymères thermodurcissables déposés sous forme de films minces de 40 à 50 µm d'épaisseur. Leurs fonctions sont de protéger les couches inférieures du revêtement peinture des dégradations du milieu ambiant et de donner au véhicule un aspect brillant et esthétique. Le lavage des voitures aux machines automatiques munies de brosses provoque des microrayures à la surface des vernis.

Depuis longtemps, on sait que des vernis faits de polymères organiques peuvent ainsi véritablement cicatriser quand la "blessure" n'est pas trop large. Au début des années 1960, le Russe Voyustkii a expliqué ce phénomène par une diffusion des polymères de part et d'autre de la fissure. Ces microrayures sont de deux types : ductiles (sans déchirures) et fragiles (avec déchirures).
Pour améliorer la résistance aux rayures ductiles, on peut augmenter l'énergie viscoplastique et rapprocher la température de cicatrisation de la température ambiante.
Lors du choix d'un matériau résistant à la rayure, les propriétés viscoélastoplastiques ont donc un rôle crucial.
Le vernis auto-cicatrisant à nanotechnologie contient des capsules remplies de liquide incorporées au liant. Quand la surface est griffée les capsules se brisent, et libèrent ainsi le liquide qui va combler la micro rayure.

Un vernis résistant à la rayure est un vernis qui présente peu d'endommagement après un essai de rayure. Ces rayures sont de deux types. Elles peuvent être ductiles : dans ce cas, un apport de chaleur peut les faire cicatriser. Elles peuvent être fragiles : elles présentent alors des déchirures et sont irréversibles.

La cicatrisation des rayures ductiles est analysée à l'aide d'observations au microscope à force atomique de la profondeur rémanente des rayures après des séjours plus ou moins longs à l'étuve.

 

La cicatrisation des rayures ductiles met en jeu des mouvements coopératifs de chaînes polymères car elle est gouvernée par la relaxation ALPHA. Les rayures fragiles sont étudiées à partir d'une analyse énergétique de la rupture des matériaux adaptée au cas de la rayure. Cette analyse permet de déterminer deux critères contrôlant la transition entre rayures ductiles et rayures fragiles : un critère en énergie de rupture et un critère de dimension critique.
Pour un vernis donné, la morphologie des rayures dépend de l'indenteur utilisé pour réaliser les rayures : à partir d'une largeur de rayure supérieure à 4 µm, les déchirures apparaissent à partir d'une déformation seuil reliée directement à la géométrie de l'indenteur.
Le principe du vernis auto-cicatrisant réside dans des capsules de fixation incorporées au liant, qui sont remplies d'un liquide pré-polymérisé. Quand la surface a été griffée les capsules sont cassées, libérant ainsi le liquide.

 

En présence d'eau, le vernis se plastifie. Sa température de relaxation ALPHA  diminue et se rapproche de la température ambiante facilitant la cicatrisation des rayures ductiles. En présence d'eau savonneuse, la largeur des rayures augmente et les déchirures apparaissent à des charges critiques plus élevées (à des largeurs de rayures plus grandes), sans pour autant modifier le coefficient de frottement apparent.

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Méthodes et pratiques

Le vernis offre un superbe aspect en brillance et en tension et une excellente résistance aux brosses de lavage.
- Appliquer une fine couche. Temps de désolvatation de 3 à 5 minutes.
 - Ensuite, appliquer une couche pleine. Temps d'évaporation de 3 à 5 minutes avant étuvage.
- dans le cas d'une application sur plus de trois éléments, le temps  d'évaporation nécessaire entre couches est limité. 
- Temps de désolvatation avant étuvage de 5 à 10 minutes.
- Ce vernis est recouvrable par lui-même après le cycle d'étuvage, ponçage nécessaire après 24 h.

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Impact sur les compétences en atelier

Compétences génériques :

• Savoir préparer et appliquer les vernis.
• Connaître les différentes techniques d'application et de séchage des vernis.
• Connaître le matériel d'application.

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Exemple d’outillage approprié

Le matériel le plus souvent préconisé pour appliquer un vernis auto-cicatrisant est un pistolet "semi-basse" pression LVHP (Low Volume High Pressure en anglais); compromis entre le pistolet conventionnel et le HVLP.
 

L'application du vernis auto-cicatrisant doit se faire dans une cabine de peinture répondant aux normes en vigueur.