Informations techniques sur les retardateurs de flamme LSHF pour les professionnels de l'industrie

Informations techniques sur les retardateurs de flamme LSHF pour les professionnels de l'industrie

Les matériaux ignifuges à faible fumée et sans halogène sont un type de matériau ignifuge qui ne libère pas d'halogènes (tels que le fluor, le chlore, le brome, l'iode, etc.) lorsqu'il est brûlé, produit peu de fumée et a une faible toxicité. Ils sont largement utilisés dans les domaines où les exigences en matière de sécurité et de protection de l’environnement sont élevées. Ce qui suit est une introduction détaillée sous trois aspects : les connaissances de base, les problèmes d'application et les nouveaux matériaux de développement.

I. Connaissance de base des matériaux ignifuges à faible émission de fumée et sans halogène

1. Définitions et caractéristiques de base

Les principales exigences relatives aux matériaux ignifuges à faible dégagement de fumée et sans halogène sont :

• Sans halogène : ne contient pas d'éléments halogènes (tels que le chlore et le brome dans les matériaux ignifuges traditionnels contenant des halogènes) et ne produit pas de gaz toxiques corrosifs tels que le chlorure d'hydrogène (HCl) et le bromure d'hydrogène (HBr) pendant la combustion.

• Faible fumée : faible génération de fumée pendant la combustion (généralement mesurée par l'indice de densité de fumée SDR, exigeant généralement ≤50), réduisant la perte de visibilité et les difficultés d'évacuation en cas d'incendie.

• Ignifuge : atteint un certain indice de retardateur de flamme (par exemple, qualité UL94 V-0, GB/T 2408 V-0) grâce à l'ajout de retardateurs de flamme ou à une conception structurelle, retardant ou empêchant la propagation des flammes.

2. Composition principale et mécanisme ignifuge

Les matériaux ignifuges sans halogène à faible émission de fumée utilisent généralement des polymères comme matériau de base (tels que le polyéthylène (PE), le polypropylène (PP), les élastomères polyoléfiniques (POE), etc.) combinés à des retardateurs de flamme sans halogène. Leurs mécanismes ignifuges comprennent principalement :

• Effet refroidissant : les retardateurs de flamme (tels que l'hydroxyde de magnésium, l'hydroxyde d'aluminium) se décomposent lorsqu'ils sont chauffés, absorbant la chaleur et abaissant la température de surface du matériau pour inhiber la combustion.

• Effet de dilution : Les gaz inertes produits par la décomposition, tels que la vapeur d'eau et le dioxyde de carbone, diluent la concentration d'oxygène et de matières combustibles, interrompant ainsi la chaîne de combustion.

• Effet de formation de charbon : les retardateurs de flamme (tels que les composés à base de phosphore ou de silicium) favorisent la formation d'une couche de charbon dense sur la surface du matériau, isolant la chaleur et l'oxygène et empêchant la propagation des flammes.

• Effet synergique : la combinaison de plusieurs ignifugeants (par exemple, composés phosphore-azote, composés silicium-phosphore) améliore l'ignifugation grâce à des effets synergiques (par exemple, réduction de la quantité d'ignifugeant unique ajoutée tout en améliorant les performances du matériau).

3. Domaines d'application typiques

Le principal avantage des matériaux ignifuges à faible émission de fumée et sans halogène est « la sécurité + la protection de l'environnement », ils sont donc principalement utilisés dans des scénarios avec des exigences strictes en matière de sécurité incendie :

• Câbles électriques : câblage des bâtiments, transports ferroviaires (métros, trains à grande vitesse), faisceaux de câbles automobiles, etc. (les gaz toxiques provenant des câbles en feu sont une des principales causes de décès en cas d'incendie, et les matériaux à faible émission de fumée et sans halogène peuvent réduire ce risque).

• Matériaux de construction : panneaux isolants muraux, revêtements de sol, canalisations, etc. (les immeubles de grande hauteur, les hôpitaux, les écoles et autres zones densément peuplées ont une demande particulièrement forte).

• Électronique et électroménager : boîtiers de smartphones/ordinateurs, composants de bornes de recharge, pièces d'isolation interne des appareils, etc. (réduction des fumées et des risques toxiques en cas d'incendie électrique).

• Transport : composants intérieurs de navires et d'avions (dans les espaces clos, les matériaux à faible émission de fumée et sans halogène peuvent prolonger la durée de la fenêtre d'évacuation).

II. Problèmes majeurs d'application

Malgré les avantages significatifs des matériaux ignifuges à faible dégagement de fumée et sans halogène, les goulots d'étranglement suivants existent toujours dans les applications pratiques :

1. Conflit entre propriétés mécaniques et performances ignifuges

Pour obtenir des effets ignifuges, les retardateurs de flamme sans halogène (tels que l'hydroxyde de magnésium, l'hydroxyde d'aluminium) nécessitent généralement des niveaux d'ajout élevés (dépassant parfois 50 %). Cependant, un remplissage excessif perturbe la continuité de la matrice polymère, entraînant :

• Résistance à la traction et résistance aux chocs réduites (facilement cassantes, comme les gaines de câbles sujettes à la fissuration).

• Flexibilité réduite (par exemple, les tuyaux et les joints perdent leur élasticité, affectant l'installation et la durée de vie).

2. Mauvaises performances de traitement

• Les retardateurs de flamme à haute teneur en charges augmentent la viscosité de la matière fondue, ce qui entraîne une consommation d'énergie plus élevée lors de l'extrusion, du moulage par injection et d'autres étapes de traitement, et peuvent provoquer des phénomènes de précipitation (au cours desquels des particules ignifuges précipitent à la surface, affectant l'apparence et les performances).

• Certains retardateurs de flamme (par exemple, à base de phosphore) se décomposent facilement à des températures de traitement élevées, nécessitant un contrôle strict de la température, ce qui augmente la complexité de la production.

3. Coût élevé

• Les retardateurs de flamme haute performance sans halogène (tels que les nouveaux composés à base de phosphore ou de silicium) sont nettement plus chers que les retardateurs de flamme traditionnels contenant des halogènes (tels que les composés à base de brome).

• Pour équilibrer les propriétés mécaniques, des additifs tels que des compatibilisants et des lubrifiants doivent être ajoutés, ce qui augmente encore les coûts des matériaux.

• Une difficulté de traitement élevée réduit l’efficacité de la production, augmentant indirectement les coûts globaux.

4. Résistance aux intempéries et stabilité insuffisantes

• Certains retardateurs de flamme sans halogène (tels que l'hydroxyde de magnésium) ont une mauvaise résistance à l'eau, et une exposition prolongée à des environnements humides peut amener le matériau à absorber l'humidité et à dégrader ses performances.

• Dans des conditions de vieillissement telles que la lumière ultraviolette et les températures élevées, l'interface entre le retardateur de flamme et la matrice polymère est sujette à une défaillance, entraînant une baisse des performances du retardateur de flamme (affectant par exemple la durée de vie des câbles électriques extérieurs).

III. Développements de nouveaux matériaux et tendances technologiques

En réponse aux problèmes ci-dessus, la recherche et l'industrialisation récentes de matériaux ignifuges sans halogène et à faible émission de fumée se sont concentrées sur « les hautes performances, le faible coût et le respect de l'environnement ». Voici plusieurs nouvelles orientations de développement représentatives :

1. Systèmes ignifuges composites efficaces

Réduire la quantité de retardateur de flamme ajoutée grâce à des « effets synergiques » tout en améliorant les propriétés ignifuges et mécaniques est l'approche technique la plus aboutie actuellement disponible :

• Systèmes composites phosphore-azote : combinaison de composés à base de phosphore (par exemple, les phosphates, le phosphore rouge) avec des composés à base d'azote (par exemple, la mélamine, les sels de guanidine), où les composés à base d'azote favorisent la formation de charbon des composés à base de phosphore, et les composés à base de phosphore améliorent l'efficacité ignifuge des composés à base d'azote, permettant une réduction de 10 % à 20 % du dosage d'additifs (par exemple, dans les matériaux PP, le retardateur de flamme composite phosphore-azote peut atteindre UL94 Indice V-0 avec un ajout de 25 % et résistance à la traction 15 % supérieure à celle d'un seul système à base de phosphore).

• Système composite silicium-phosphore : les composés à base de silicium (tels que les siloxanes, la nano-silice) améliorent la fluidité du traitement des matériaux tout en formant de manière synergique du charbon avec des composés à base de phosphore, améliorant ainsi la résistance aux chocs et aux intempéries des matériaux (convient aux boîtiers d'appareils électroniques).

2. Matériaux ignifuges nano-composites

Utiliser la surface spécifique élevée et les effets interfaciaux des nanoparticules pour optimiser les performances des matériaux :

• Nano-ignifugeants : convertissent l'hydroxyde de magnésium et l'hydroxyde d'aluminium en particules de taille nanométrique (taille des particules de 50 à 100 nm) pour minimiser la perturbation de la matrice polymère tout en améliorant le retardateur de flamme (par exemple, un ajout de 30 % d'hydroxyde de nanomagnésium permet d'obtenir le même retardateur de flamme que 40 % des particules traditionnelles de taille micronique, avec une augmentation de 20 % de la résistance aux chocs).

• Phases de nano-renforcement : incorporation de nanotubes de carbone, de graphène, etc. dans des matériaux ignifuges pour compenser la dégradation des propriétés mécaniques causée par les ignifugeants grâce à leurs caractéristiques de haute résistance, tout en favorisant la formation de charbon (par exemple, dans un système composite à base de PE/graphène/phosphore, la résistance à la traction augmente de 30 % et la densité de fumée diminue de 15 %).

3. Matériaux ignifuges d'origine biologique, sans halogène et à faible émission de fumée

Conformément à la tendance « double carbone », des matériaux ignifuges respectueux de l'environnement sont préparés à partir de matières premières renouvelables de la biomasse (telles que l'amidon, la cellulose et les huiles végétales) :

• Modification de la matrice : utilisation de polymères d'origine biologique tels que l'acide polylactique (PLA) et les polyhydroxyalcanoates (PHA) comme matrice pour remplacer les polymères traditionnels à base de pétrole (tels que le PE, le PP), qui possèdent intrinsèquement une biodégradabilité.

• Ignifugeants d'origine biologique : utilisation de produits naturels (tels que le phytate et le chitosane) comme ignifugeants et amélioration du caractère ignifuge grâce à une modification chimique (telle que la réaction entre le phytate et des composés à base d'azote). Par exemple, le système composite PLA/phytate-mélamine atteint un indice de retardateur de flamme UL94 V-0 et peut se dégrader de plus de 30 % dans le sol en six mois.

4. Matériaux personnalisés fonctionnalisés

Développer des matériaux spécialisés adaptés aux exigences spécifiques des applications :

• Type résistant aux hautes et basses températures : incorporation de résines résistantes aux hautes températures (par exemple, polyéther éther cétone PEEK) dans le système ignifuge, adapté aux batteries de véhicules à énergie nouvelle (fonctionnant dans des environnements de -40 °C à 120 °C).

• Type haute transparence : combinant des retardateurs de flamme transparents (tels que des composés organophosphorés) avec des polymères transparents (tels que PC, PMMA) pour les cloisons transparentes dans les applications de transport ferroviaire (ignifuges sans compromettre la transparence).

• Type auto-cicatrisant : intégrant des agents de réticulation réversibles (tels que des composés disulfure) pour permettre la réparation des matériaux par chauffage ou exposition à la lumière après un dommage, prolongeant ainsi la durée de vie (convient aux gaines de fils et de câbles).

À mesure que les normes de sécurité et environnementales augmentent à l'échelle mondiale, les matériaux à faible émission de fumée et sans halogène (LSHF) sont essentiels pour les applications de fils et câbles dans la construction, le transport ferroviaire et les véhicules électriques. Répondant aux défis de l'industrie consistant à équilibrer le caractère ignifuge avec les propriétés mécaniques et la transformabilité, Guangzhou Yinsu Flame Retardant propose des solutions spécialisées. Notre gamme comprend le mélange maître de phosphore rouge microencapsulé FRP-950X pour une sécurité et une formation de charbon améliorées. Remplacement du trioxyde d'antimoine T3 pour une synergie sans halogène. Ainsi qu'une variété de retardateurs de flamme organophosphorés très efficaces ADP . Ceux-ci permettent des performances supérieures UL94 V-0 tout en répondant aux exigences environnementales strictes pour des solutions de câbles plus sûres.