Les matériaux thermoplastiques sont naturellement inflammables car, comme la plupart des substances à base d'hydrocarbures, ils s'enflamment facilement sous l'effet d'une chaleur suffisante. Lors de la combustion, la chaleur décompose leurs longues chaînes moléculaires en hydrocarbures volatils, ainsi qu'en hydrogène et en radicaux hydroxyles. Ces sous-produits à haute énergie réagissent rapidement avec l'oxygène, générant davantage de chaleur et permettant la propagation des flammes.
Pour contrer cela, additifs ignifuges Ces substances sont incorporées dans des polymères tels que les polyoléfines, le polycarbonate, le polyamide et le polyester. Leur rôle est de réduire les risques d'inflammation, de ralentir la propagation des flammes, de limiter la formation de fumée et de minimiser les coulures. Leur objectif principal est de retarder la combustion suffisamment longtemps pour protéger les personnes en cas d'incendie, tout en réduisant les dommages matériels.
Plastiques ignifuges Les matériaux textiles sont largement utilisés dans notre quotidien : habitations, bureaux, véhicules, transports en commun, appareils électroniques et équipements industriels. De nombreux marchés et produits les exigent en vertu de normes de construction et de réglementations industrielles strictes. On peut citer, par exemple, les textiles de construction, les matériaux d’isolation, les banderoles, les toitures, les intérieurs automobiles, les composants d’aéronefs, les sièges, les housses de matelas, les boîtiers électroniques, le câblage, les câbles d’alimentation, les tunnels, etc.
Un incendie nécessite trois éléments : un combustible, de l’oxygène et de la chaleur. Les retardateurs de flamme agissent sur un ou plusieurs de ces éléments, soit physiquement, soit chimiquement.
Les mécanismes physiques comprennent :
Refroidir le substrat en dessous de sa température de combustion
Créer une barrière (solide ou gazeuse) pour bloquer l'oxygène
Libération de gaz inertes qui diluent les vapeurs combustibles
Les mécanismes chimiques comprennent :
Interruption des réactions radicalaires en phase gazeuse
Favoriser la formation d'une couche de charbon riche en carbone qui isole le polymère
Les retardateurs de flamme commerciaux les plus couramment utilisés aujourd'hui comprennent les composés halogénés, les additifs à base de phosphore et divers oxydes métalliques.
| Taper | Caractéristiques | Applications typiques |
|---|---|---|
| halogéné | Très efficaces et économiques ; contiennent généralement du brome ou du chlore. | Pièces automobiles, boîtiers électroniques, films PE, etc. |
| Sans halogène | Respectueux de l'environnement ; utilise du phosphore, de l'azote ou des hydroxydes métalliques pour éviter les fumées toxiques. | Aménagements intérieurs des transports publics, matériaux de construction écologiques, électronique grand public, film PET, etc. |
| Spécifique à l'opérateur | Formulé pour des résines spécifiques comme le polyéthylène (PE), le polypropylène (PP), le polyamide (nylon), ou le polycarbonate (PC), le polyéthylène téréphtalate (PET). | Conduits électriques, faisceaux de câbles, boîtiers de batteries au lithium. |
Les composés halogénés organiques, notamment les dérivés bromés, sont les retardateurs de flamme les plus utilisés dans l'industrie plastique. Ils agissent en neutralisant les radicaux libres à haute énergie impliqués dans la combustion, réduisant ainsi considérablement les gaz combustibles libérés.
Les retardateurs de flamme bromés offrent un excellent rapport coût-efficacité. Ils nécessitent généralement des concentrations plus faibles que les hydroxydes métalliques tels que l'ATH ou l'hydroxyde de magnésium et préservent une bonne intégrité mécanique du polymère. Leur facilité de mise en œuvre les rend particulièrement adaptés aux films de polyéthylène et de polypropylène.
Les retardateurs de flamme chlorés sont également courants et généralement fournis sous forme de paraffines chlorées ou de structures cycloaliphatiques. Bien que moins coûteux que les retardateurs bromés et plus résistants à la photodégradation, ils sont moins stables thermiquement et peuvent être plus corrosifs lors de la transformation. Les additifs chlorés cycloaliphatiques résistent à des températures plus élevées (jusqu'à environ 320 °C) que les paraffines.
Les retardateurs de flamme bromés et chlorés nécessitent tous deux synergistes, comme le trioxyde d'antimoine, le borate de zinc ou le molybdate de zinc. Les synergistes agissent en formant des composés (par exemple, les trihalogénures d'antimoine) qui améliorent la suppression des radicaux libres, renforçant ainsi l'efficacité du retardateur de flamme halogéné.
Bien que certains composés bromés aient fait l'objet d'un examen minutieux, les analyses de l'Union européenne – y compris des études citées en 2005 – ont conclu que le décabromodiphényléther (décabrom) commercial était sans danger pour la santé humaine et l'ont exempté des restrictions RoHS.
Les retardateurs de flamme non halogénés se répartissent en deux catégories : formateurs de charbon à base de phosphore et additifs endothermiques à base d'oxyde métallique.
Les composés organiques et inorganiques du phosphore agissent de multiples façons :
Neutralisation des radicaux de combustion en phase vapeur
Libération d'acide phosphorique sous l'effet de la chaleur, ce qui modifie la décomposition du polymère
Favoriser la formation de charbon pour bloquer l'accès à l'oxygène et à la chaleur
Bien que très efficaces, les additifs phosphorés peuvent se dégrader à des températures d'extrusion supérieures à 400 °F (≈204 °C), ce qui peut affecter les propriétés du polymère ou endommager l'équipement de traitement.
L’hydroxyde d’aluminium trihydraté (ATH) et l’hydroxyde de magnésium sont les options sans halogène les plus courantes.
ATH Il se décompose entre 180 et 200 °C, absorbant la chaleur et formant de l'oxyde d'aluminium. Peu coûteux et abondant à l'état naturel, son utilisation est toutefois limitée aux basses températures de traitement.
Hydroxyde de magnésium Il se décompose à environ 300 °C et répond à des exigences réglementaires strictes. Cependant, ces deux matériaux nécessitent des charges élevées (pouvant atteindre 65%), ce qui peut nuire à leur résistance mécanique et à leur aptitude à la mise en œuvre.
Parmi les autres substances ignifuges, on trouve les composés du bore, la mélamine, le sulfamate d'ammonium et les technologies émergentes telles que les nanoargiles et les additifs à base de silicium qui visent à assurer une protection contre les flammes avec des niveaux d'ajout plus faibles.
Les mélanges-maîtres ignifuges sont généralement conçus pour correspondre aux caractéristiques rhéologiques et moléculaires du polymère de base. Le dosage recommandé dépend du niveau de résistance au feu souhaité.
Pour les polyoléfines :
10–14% L'ajout de mélange-maître répond généralement aux critères suivants UL 94 V-2
18–20% est généralement nécessaire pour UL 94 V-0
L'obtention d'un classement V-0 est plus aisée avec un polymère à masse moléculaire élevée et à faible indice de fluidité à l'état fondu. Les polyoléfines ayant tendance à s'égoutter lors de la combustion, l'incorporation de charges telles que l'argile peut contribuer à minimiser ce phénomène, même si cela risque de réduire l'efficacité des retardateurs de flamme halogénés.
Choisir le système ignifuge approprié nécessite de répondre à plusieurs questions clés :
Quel type est autorisé : halogéné ou non halogéné ?
Quelles normes s'appliquent ? UL 94, E 84, MVSS, ASTM, VW-1, etc.
Quelle classification est nécessaire ? V-2, V-1 ou V-0 pour UL-94
Les propriétés mécaniques sont-elles essentielles ? (par exemple, résistance à la traction, allongement)
Le phénomène de blooming représente-t-il un risque pour des procédés comme le scellage ou l'impression ?
La résistance aux UV est-elle importante ? Le produit sera-t-il exposé à la lumière du soleil ?
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Ce test évalue l'inflammabilité et le phénomène de goutte à goutte des polymères utilisés dans l'électronique et l'électroménager. Les échantillons sont brûlés deux fois pendant 10 secondes à chaque fois ; la durée de la flamme et les effets de goutte à goutte sont enregistrés.
Les notes comprennent :
V-0 : ≤10 secondes de persistance de la flamme ; aucune goutte susceptible d’enflammer le coton
V-1 : Flamme résiduelle ≤ 30 secondes ; pas d'inflammation du coton
V-2 : Identique au V-1, mais les gouttes qui enflamment le coton sont autorisées.
Mesure la concentration minimale d'oxygène nécessaire au maintien de la combustion.
Utilisé pour l'évaluation des matériaux dans les systèmes de conduits d'air.
Évalue la propagation des flammes dans les films et les tissus à l'aide de tests sur les petites et les grandes flammes.
Détermine la propagation des flammes et le dégagement de fumée pour les matériaux de construction sur les surfaces exposées.
Exige que les matériaux intérieurs automobiles brûlent à une vitesse inférieure à 4 pouces/min pour être conformes aux normes de sécurité.
Apprenez-en davantage sur les connaissances et les tendances de l’industrie des mélanges maîtres sur notre blog.
Les mélanges maîtres de couleurs, également appelés concentrés de couleurs pour plastiques, sont des granulés de plastique principalement utilisés pour la coloration des plastiques.
Le mélange maître blanc constitue une innovation indispensable dans la fabrication moderne, offrant une polyvalence et une amélioration inégalées dans diverses industries.
Le mélange maître ignifuge est ajouté aux polymères bruts pendant le processus de fabrication des produits en plastique. Cet additif unique est ajouté afin de conférer au produit fabriqué des qualités empêchant la propagation des flammes potentielles.
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