Comment choisir le bon ignifuge ? Voici les facteurs à considérer...
Dans les deux volets précédents, nous avons systématiquement exploré les caractéristiques principales, les principales classifications et les scénarios d’application typiques des retardateurs de flamme dans les plastiques modifiés.
Solutions ignifuges pour les plastiques modifiés (Partie 1) : Caractéristiques du produit + scénarios d'application, expliqués dans un seul article
Solutions ignifuges pour les plastiques modifiés (Partie 2) : Catégories traditionnelles sans halogène + Nanotechnologie émergente
Après avoir compris ces principes fondamentaux, la sélection du retardateur de flamme le plus approprié pour un produit et un processus spécifiques devient une décision cruciale pour les ingénieurs et le personnel de R&D. Cet article se concentrera sur la logique de sélection des retardateurs de flamme, fournissant un guide de sélection clair et pratique couvrant de multiples dimensions, notamment les exigences d'application, l'équilibre des performances, le contrôle des coûts et l'adaptabilité du traitement.
Le choix d’un retardateur de flamme dépend :
Le type de scénario d'application.
Les normes spécifiques d’ignifugation qui doivent être respectées.
Les réglementations pertinentes à respecter.
De nombreux autres problèmes doivent également être pris en compte lors de la sélection du système ignifuge optimal pour une utilisation particulière.
I. Critères de sélection des ignifugeants bromés
Facteurs influençant la sélection des ignifugeants bromés
1. Type et teneur en brome
Pour qu'un ignifuge bromé sélectionné soit efficace, il doit se décomposer lorsque le polymère brûle tout en restant stable pendant le traitement du polymère. Cette exigence dicte le type de brome présent dans le retardateur de flamme. De plus, le retardateur doit contenir une teneur en brome suffisante pour atteindre les performances ignifuges requises, et le niveau d'ajout ne doit pas affecter négativement les propriétés physiques du matériau ou le coût du système.
2. Stabilité thermique
Le retardateur de flamme bromé sélectionné doit rester stable pendant le mélange et le moulage par injection. La décomposition au cours de ces processus peut entraîner une décoloration des matériaux, une dégradation des polymères et une corrosion des équipements. Par conséquent, il est crucial de sélectionner le retardateur approprié et de l’associer aux stabilisants thermiques et synergistes nécessaires.
3. Caractéristiques de vieillissement
Le système de résine peut devoir résister à divers facteurs provoquant une dégradation et une décoloration prématurées. Lors de la sélection du retardateur de flamme le plus approprié et des stabilisants requis pour un système spécifique, des facteurs tels que la résistance aux UV, la stabilité thermique et la migration doivent être pris en compte de manière exhaustive.
4. Caractéristiques de traitement
En fonction de la température de traitement, certains retardateurs de flamme peuvent être mélangés à l'état fondu, tandis que d'autres sont utilisés comme charges. Cette différence a un impact sur la transformation et les propriétés physiques du produit final.
5. Normes à respecter
Le choix d'un retardateur de flamme dépend en grande partie du système de résine choisi et des normes à respecter.
6. Coût d'utilisation
Le coût total de l'ensemble du système ignifuge doit être pris en compte. Cela dépend non seulement du prix du retardateur de flamme bromé lui-même et de sa charge requise, mais également du coût des autres additifs nécessaires à ses côtés pour construire un système fonctionnel.
7. Considérations environnementales
L'utilisation de retardateurs de flammes bromés s'accompagne de contraintes environnementales spécifiques. L’un des principaux enjeux est de réduire les risques toxiques tout au long du cycle de vie, depuis la fabrication et l’utilisation finale jusqu’à l’élimination.
8. Résistance à la floraison
La floraison fait référence au phénomène par lequel le retardateur de flamme migre lentement vers la surface en plastique, provoquant un aspect brumeux, souvent avec une couleur bronzée. Ceci est particulièrement indésirable pour les composants qui remplissent également des fonctions esthétiques, tels que les boîtiers et les boîtiers. Par conséquent, la résistance au blooming est une considération clé dans de nombreuses applications.
Généralement, la gravité du blooming dépend de la compatibilité du retardateur de flamme avec la matrice polymère et du poids moléculaire du retardateur : une meilleure compatibilité et un poids moléculaire plus élevé entraînent moins de blooming.
9. Stabilité aux UV
Dans de nombreuses applications, les résines ignifuges peuvent devoir résister à diverses conditions environnementales qui peuvent facilement conduire à une dégradation et une décoloration prématurées. Par conséquent, la sélection d’un retardateur de flamme bromé approprié est cruciale pour les applications nécessitant une résistance aux UV, telles que les utilisations en extérieur.
II. Critères de sélection
de l'hydroxyde d'aluminium (ATH) et de l'hydroxyde de magnésium (MDH)
Lors de la sélection de produits d'hydroxyde d'aluminium (ATH) ou d'hydroxyde de magnésium (MDH) pour une formulation ignifuge, les paramètres de matériau clés suivants doivent être soulignés :
Taille médiane des particules.
Distribution granulométrique.
Surface spécifique.
Morphologie des particules.
Chimie des surfaces.
Couleur.
Ces caractéristiques du produit (des matériaux de base) influenceront directement le processus de mélange et les propriétés finales du composite.
1. Comparaison des propriétés physiques
2. Comparaison de la stabilité thermique
La figure ci-dessous compare les caractéristiques de décomposition thermique de l'hydroxyde d'aluminium (ATH) et de l'hydroxyde de magnésium (MDH) :
Par conséquent, l’hydroxyde de magnésium a une stabilité thermique plus élevée, offrant une fenêtre de température plus large pour le mélange. L'hydroxyde d'aluminium convient aux thermodurcissables, qui sont généralement traités en dessous de 200°C, ainsi qu'à certains composés plastiques à base de PVC et de polyoléfine.
L'hydroxyde de magnésium est préféré lors de la formulation de composites plastiques qui doivent être traités à des températures proches ou supérieures à 220°C (428°F), par exemple le polypropylène et les thermoplastiques techniques. L’utilisation d’hydroxyde de magnésium pour les thermoplastiques ou les élastomères à bas point de fusion peut également permettre des températures de traitement plus élevées et un rendement de mélange plus élevé.
Lorsqu'ils sont chauffés et décomposés, l'hydroxyde d'aluminium et l'hydroxyde de magnésium libèrent de l'eau de cristallisation : d'une part, refroidissant la matrice polymère, et d'autre part, diluant la fumée produite par la combustion (l'ATH libère environ 35 % de son poids sous forme d'eau, le MDH environ 31 %). Simultanément, leurs processus de décomposition endothermique éliminent une quantité importante de chaleur, supprimant ainsi davantage la réaction de combustion. Par unité de poids, l'hydroxyde de magnésium absorbe plus de chaleur (328 cal/g) que l'hydroxyde d'aluminium (280 cal/g), ce qui le rend plus efficace dans les scénarios à haute température.
3. Chargement des charges
Pour obtenir l'effet ignifuge attendu, la charge d'hydroxyde d'aluminium (ATH) et d'hydroxyde de magnésium (MDH) doit généralement atteindre environ 150 pce (60 % en poids). Cependant, des niveaux de charge élevés peuvent facilement conduire à une aptitude au traitement réduite et à des propriétés mécaniques (telles que la résistance à la traction, la résistance aux chocs) et physiques (telles que la ténacité, la résistance aux intempéries) compromises.
Bien que les charges d'hydroxyde soient moins chères par unité que la plupart des autres types de retardateurs de flamme, l'avantage global en termes de coût n'est pas significatif en raison de la charge élevée requise. Pour résoudre ce problème, l’industrie adopte généralement les solutions suivantes :
Utilisation d'additifs synergiques : L'ajout d'additifs synergiques aux charges d'hydroxyde métallique hydraté peut réduire la charge de charge sans compromettre les performances ignifuges, atténuant ainsi la baisse de l'aptitude au traitement et des propriétés mécaniques.
Traitement de modification de surface : le traitement de surface des charges d'hydroxyde avec des organosilanes, des zirconates ou des titanates peut améliorer leur compatibilité avec la matrice polymère, augmentant ainsi leur efficacité d'utilisation.
Utilisation combinée : Il existe un effet synergique entre l’hydroxyde d’aluminium et l’hydroxyde de magnésium. Lorsque la charge totale reste inchangée, leur combinaison peut améliorer les performances ignifuges, ou lorsque les performances ignifuges restent inchangées, cela peut réduire la charge totale. De plus, la combinaison d’hydroxydes métalliques complexes avec ATH/MDH peut également améliorer encore l’effet ignifuge.
Avantages d'application des hydroxydes métalliques complexes
Dans les essais d'extrusion, le remplacement du MDH pur par des mélanges MDH/ATH dans différents rapports a permis d'obtenir les optimisations de traitement suivantes :
Pression de filière réduite de 15 % à 20 %.
Couple réduit de 16 % à 21 %, réduisant ainsi la consommation d'énergie.
L’utilisation de mélanges d’hydroxyde d’aluminium/hydroxyde de magnésium et de retardateurs de flamme minéraux synergiques peut réduire les coûts. Le classement des prix des divers additifs associés, de haut en bas, est le suivant : Polypropylène > MDH > ATH > Charges blanches communes.
L'exploitation de cette différence de prix et de l'effet synergique de la combinaison permet d'obtenir un bon équilibre entre les performances ignifuges, les propriétés physiques/mécaniques et le coût, permettant généralement d'obtenir des économies de 25 à 30 %.
Comme le montre spécifiquement la figure ci-dessous : La légende est groupe témoin MDH, mélange MDH/ATH, mélange MDH/ATH/Kaolin, mélange MDH/ATH/carbonate de calcium. L'axe horizontal représente l'indice de coût, allant de 0 à 150.
À ce stade, vous pouvez déterminer au préalable le type de retardateur de flamme en fonction du scénario d'application. Cependant, une vérification plus approfondie de la compatibilité entre ce retardateur de flamme et la matrice plastique de votre formulation est encore nécessaire. La sélection finale doit simultanément correspondre aux caractéristiques de traitement du polymère, à ses performances d'utilisation et aux exigences en matière d'ignifugation.
