Étude de cas : Pourquoi un matériau modifié ignifuge jaunit-il ?
Hier, un client m'a mentionné que son nouveau matériau en fibre de verre en nylon ignifuge jaunissait souvent pendant la production, et il ne savait pas pourquoi.
Avant qu’ils aient fini de parler, trois raisons possibles me sont immédiatement venues à l’esprit :
1. Le retardateur de flamme utilisé a une mauvaise résistance à la chaleur.
2. Dégradation du nylon causée par les températures élevées pendant le processus d'extrusion (cela peut être lié aux réglages de température de l'extrudeuse, à la résistance au cisaillement des vis, etc.).
3. D'autres additifs ont une mauvaise résistance à la chaleur ou des réactions se sont produites entre les additifs ou entre les additifs et le nylon.
Après une discussion plus approfondie, j'ai appris que le client avait déjà mené des expériences de refroidissement concernant les facteurs de température, mais que le problème de jaunissement persistait. Ils m'ont ensuite demandé si je pouvais aider à identifier la cause exacte.
Dans l'échantillon de formulation fourni par le client, nous avons identifié un grade spécifique de PA6, un retardateur de flamme (FR) et trois additifs (A, B, C) (la formulation exacte est confidentielle et ne peut être divulguée ici). Nous avons effectué une analyse thermogravimétrique (ATG) sur ces quatre composants, y compris le retardateur de flamme et les additifs. La courbe TGA pour le retardateur de flamme est présentée dans la figure ci-dessous.
De toute évidence, la température de décomposition initiale du FR ignifuge ne répond pas aux exigences de traitement du PA6/30 %GF, tandis que les trois autres additifs conviennent aux températures de traitement du nylon. Par conséquent, j’ai recommandé de remplacer le retardateur de flamme ou de passer à un autre lot.
Quelques jours plus tard, le client a rappelé pour confirmer que le lot actuel de retardateur de flamme présentait effectivement des problèmes et ne pouvait pas répondre aux exigences de traitement du PA6/GF. Après l'avoir remplacé, le problème de jaunissement a été résolu.
En fait, les problèmes de jaunissement ou de noircissement lors de la transformation du plastique sont fréquemment évoqués dans l’industrie des matériaux modifiés, et les causes sont variées. Nous savons que la couleur résulte de l’interaction entre la lumière et la matière, impliquant de nombreux changements physiques et chimiques. Pour les plastiques, les changements de couleur sont souvent provoqués par l’oxydation de certains composants. Bien entendu, dans certains cas, les changements de couleur peuvent également résulter d’un nettoyage inadéquat des machines de traitement.
Sur la base de mon expérience passée, je pense que les principales raisons de décoloration des matériaux modifiés ignifuges pendant le traitement ou le stockage sont les suivantes :
1. Mauvaise stabilité des matières premières
Certaines résines du marché sont produites sans antioxydants ni stabilisants. Les produits en plastique fabriqués à partir de ceux-ci peuvent se décolorer immédiatement après l'extrusion ou pendant le stockage. Le passage à des résines d’autres fabricants ou qualités résout souvent le problème. Cela indique une qualité variable des résines du marché et il est essentiel de trouver et d'utiliser des matériaux ayant une bonne stabilité.
2. Mauvaise résistance thermique du retardateur de flamme.
Si le retardateur de flamme se décompose à des températures inférieures à la température de traitement du matériau, il génère de petites molécules qui provoquent une décoloration de l'ensemble du système. Par exemple, le PP est traité entre 170 et 230 °C, PA6 généralement entre 230 et 290 °C et PA66 entre 240 et 310 °C. Les retardateurs de flamme utilisés pour le PP, PA6 et PA66 peuvent différer en conséquence.
3. Impuretés métalliques excessives dans les charges
Des impuretés excessives telles que le fer, le nickel ou le chrome peuvent subir une oxydation incomplète dans certaines conditions, formant des oxydes correspondants qui provoquent une décoloration du plastique. Par exemple, le fer s’oxyde dans l’air pour former de l’oxyde de fer rouge, ce qui rend les produits en plastique plus foncés. Les charges courantes comprennent le dioxyde de titane et le carbonate de calcium.
4. Autres facteurs additifs
Les additifs courants de traitement et de modification comprennent les antioxydants, les plastifiants, les agents de renforcement, les agents de couplage, les lubrifiants, les colorants, les agents de réticulation, les retardateurs de flamme, les agents antistatiques, les agents antibactériens, les modificateurs d'impact et les dégradants. Pendant le traitement (en particulier à haute température), ces additifs ne doivent pas réagir entre eux et doivent conserver leur propre stabilité pour éviter la décomposition oxydative.
5. Facteurs environnementaux
Diverses substances présentes dans l'air peuvent s'adsorber ou réagir avec des matériaux modifiés. Par exemple, certains composés NOx sont intrinsèquement colorés, comme le dioxyde d’azote (NO₂), une substance gazeuse brun rougeâtre hautement réactive. Lorsque les NOx adhèrent fortement ou sont adsorbés sur les bords exposés des produits en plastique, ils provoquent inévitablement une décoloration. Des facteurs externes tels que la lumière et la chaleur peuvent également déclencher des réactions chimiques dans certains composants en plastique, entraînant une dégradation et une décoloration.
Les cinq points ci-dessus sont des causes courantes de décoloration du plastique pendant la production et le stockage. Cependant, des cas spécifiques nécessitent encore une analyse spécifique. Ce n'est qu'en prenant en compte tous les facteurs d'influence possibles que les ingénieurs en modification peuvent garantir que la qualité des couleurs du produit répond aux demandes du marché et des clients, obtenant ainsi des bénéfices mutuels et des résultats gagnant-gagnant.
