Inventaire des systèmes ignifuges pour plastiques techniques
Avec les progrès continus de la synthèse et de la technologie de traitement des polymères, les plastiques techniques ont pénétré dans tous les domaines de la vie des gens. Dans certains domaines souvent exposés à des environnements à haute température, le caractère ignifuge des plastiques techniques est devenu un indicateur important de leurs performances globales.
I. Méthodes expérimentales pour l'ignifugation des plastiques
Le caractère ignifuge des plastiques peut être évalué par la méthode d’essai de combustion, qui est classée en méthodes horizontales et verticales. La méthode verticale évalue le caractère ignifuge d'un matériau en mesurant la durée de la rémanence et de la rémanence, la plage de combustion et la chute de particules. Selon le comportement de l'éprouvette, le matériau est classé en niveaux V-0, V-1 et V-2 (V signifie combustion verticale) selon les critères indiqués dans le tableau 1.
Remarque : t 1, t 2 font référence à la durée de la flamme résiduelle ; t 3 fait référence à la durée de la rémanence ; t_f fait référence à la durée totale de post-flamme.
Différents plastiques ont des propriétés de combustion différentes. Par exemple, le PC lui-même possède un certain degré d’ignifugation et peut atteindre un niveau V-2 lors du test de combustion verticale. Cependant, l'ABS est inflammable et ne peut pas être classé. La modification ignifuge des plastiques par l'ajout de retardateurs de flamme peut retarder la combustion et réduire l'intensité de la combustion. Lors du processus de combustion, les plastiques non seulement brûlent eux-mêmes, mais produisent également des gouttelettes qui peuvent enflammer d'autres matériaux combustibles, entraînant ainsi la propagation d'un incendie aux conséquences graves. Par conséquent, les plastiques ignifuges nécessitent souvent l’ajout d’agents anti-goutte pour empêcher la matière fondue de couler pendant la combustion.
II. Système ignifuge pour les plastiques techniques
Les retardateurs de flamme utilisés dans les plastiques d'ingénierie sont principalement des retardateurs de flamme halogénés et des retardateurs de flamme de phosphore.
1. Retardateurs de flamme halogénés
Les retardateurs de flamme halogénés sont divisés en retardateurs de flamme au chlore et en retardateurs de flamme au brome.
Le retardateur de flamme au chlore est bon marché, mais il a une mauvaise stabilité thermique et ne convient qu'aux produits dont la température de traitement est inférieure à 200 ℃.
Les retardateurs de flamme bromés ont une efficacité ignifuge élevée, qui est deux fois supérieure à celle des retardateurs de flamme chlorés, de sorte que le dosage relatif est faible et, en raison de sa bonne compatibilité mutuelle avec la résine de base, il a moins d'influence sur les propriétés mécaniques du matériau, il occupe donc une position importante dans le domaine des retardateurs de flamme.
Cependant, les retardateurs de flamme halogénés dans le processus de combustion produiront de la fumée et des gaz corrosifs, etc., provoquant de graves catastrophes secondaires pour la santé humaine et l'environnement, c'est pourquoi les retardateurs de flamme respectueux de l'environnement à faible teneur en halogène ou sans halogène sont très préoccupants.
2. Retardateurs de flamme au phosphore
Les retardateurs de flamme de phosphore ont formé un large éventail de variétés, notamment des phosphates inorganiques, des esters de phosphate, du phosphore hétérophénols, du phosphore nitrile et du phosphore rouge.
Les retardateurs de flamme au phosphore dans le processus de combustion de décomposition de la formation d'acide contenant de l'oxygène à haut point d'ébullition peuvent favoriser la déshydratation et la carbonisation du polymère, ainsi que la formation d'une couche protectrice de résidus carbonisés, de sorte que le polymère et l'isolation de l'air. Dans le même temps, l'eau déshydratée absorbe une grande quantité de chaleur, ce qui peut également réduire la température de surface du polymère, obtenant ainsi l'effet ignifuge. Les avantages des retardateurs de flamme à base de phosphore sont une faible toxicité et corrosivité, une bonne stabilité thermique et un effet durable.
L'Union européenne a interdit l'utilisation de retardateurs de flamme halogénés tels que les biphényles polybromés (PBB) et les éthers diphényliques polybromés (PBDE) dans la fabrication d'équipements électroniques. L'ester diphénylique de bisphénol A-bisphosphate (BDP), un ignifugeant de phosphore à base d'ester de phosphate, est compatible avec les plastiques techniques tels que le PC/ABS et présente les avantages d'une bonne performance environnementale, d'une stabilité thermique élevée et d'un faible impact sur les propriétés des matériaux, il est donc largement utilisé dans les équipements électroniques et électriques tels que les téléphones portables, les ordinateurs portables et les téléviseurs.
1. PC/ABS
Le PC présente les avantages d'une résistance élevée aux chocs, d'une résistance au fluage, d'une bonne stabilité dimensionnelle, d'une résistance à la chaleur, d'une transparence et de propriétés diélectriques, mais existe également dans le traitement d'une faible mobilité, sujet à la fissuration sous contrainte, à la sensibilité aux encoches, à une mauvaise résistance à l'abrasion et à d'autres défauts. L'ABS a une meilleure résistance aux produits chimiques, au moulage et au traitement, cependant, sa résistance à la chaleur et aux intempéries est relativement mauvaise.
Les deux alliages PC/ABS modifiés mélangés dans les performances complémentaires, non seulement la résistance à la chaleur, la résistance aux chocs et la résistance à la traction sont meilleures que l'ABS, et sa viscosité à l'état fondu est inférieure à celle du PC, les performances de traitement sont bonnes, le produit de la contrainte interne et la résistance aux chocs de l'épaisseur de la sensibilité du produit sont considérablement réduites. L'alliage pc/abs est largement utilisé dans l'industrie automobile, les équipements de communication, les appareils électriques et électroniques, les équipements d'éclairage, etc.
Afin de répondre aux exigences de sécurité incendie dans certaines applications, l'alliage PC/ABS doit avoir un bon pouvoir ignifuge. Par exemple, dans la pile de recharge des véhicules à énergie nouvelle et une partie de la qualité ignifuge électrique et électronique pour atteindre V-0.
Utilisé dans le système de mélange PC/ABS, on obtient actuellement un meilleur effet de bonne stabilité thermique des esters bis-phosphate et ester phosphate zwitterion, etc., dont le BDP sur les alliages PC/ABS présente de bonnes propriétés ignifuges.
2. Ordinateur
Le PC a une bonne résistance à la chaleur, d'excellentes propriétés optiques, une bonne stabilité dimensionnelle, une résistance mécanique et une résistance aux chocs élevées et d'autres caractéristiques, largement utilisé dans les appareils électroménagers, les appareils électroniques, les pièces automobiles, les équipements mécaniques et les pièces d'instruments optiques.
L'indice d'oxygène ultime (LOI) du PC peut atteindre 21 % à 24 %, et le matériau lui-même peut atteindre le niveau ignifuge UL94V-2, mais ne peut toujours pas répondre aux exigences plus élevées en matière de performances ignifuges dans des domaines spéciaux, tels que les domaines électriques et électroniques et automobiles, qui nécessitent un grade ignifuge PC jusqu'à V-0.
Le PC ignifuge, avec le perfluoroalkylsulfonate de potassium (PPFBS) comme représentant du retardateur de flamme sulfonate, est le meilleur effet, l'ajout d'une petite quantité de retardateur de flamme sulfonate peut améliorer considérablement les propriétés ignifuges du PC, pour atteindre un grade ignifuge de 1,6 ~ 3,0 mmV-0, et après modification des propriétés physiques et mécaniques du PC et de l'équivalent PC à usage général.
Les produits PC industrialisés dans le retardateur de flamme au phosphore le plus utilisé sont principalement le phosphate de triphényle (TPP), le résorcinol bis (phosphate de diphényle) (RDP) et le BDP, dans une quantité d'additif ignifuge de 10 % (fraction massique), 1,6 mm d'épaisseur de PC jusqu'au niveau V-0, qui est volatil à haute température, le TPP ne joue qu'un rôle dans la phase gazeuse du retardateur de flamme ; Le RDP et le BDP peuvent jouer un effet ignifuge à la fois en phase gazeuse et en phase solide.
TPP à température ambiante pour l'état solide, la stabilité thermique est relativement mauvaise, facile à volatiliser à la température de traitement du PC, RDP et BDP à température ambiante pour le liquide, la stabilité thermique est meilleure, BDP meilleure que la résistance à l'hydrolyse RDP.
3. Résine ABS
L'ABS a une brillance élevée, une bonne ténacité, une bonne résistance à la chaleur et aux basses températures, d'excellentes performances de traitement, possède d'excellentes propriétés mécaniques complètes. Les propriétés électriques de l'ABS n'apparaissent pas avec les changements de température et d'humidité et les grands changements, est un bon matériau isolant, largement utilisé dans les appareils électroménagers, les équipements audiovisuels, les fournitures de bureau et les domaines électriques et électroniques.
La résine ABS est combustible, LOI 18,3 % à 18,8 %, selon la norme UL94, elle appartient au niveau HB. L'ABS brûle rapidement lorsqu'il prend feu et émet beaucoup de gaz toxiques et de fumée noire, ce qui est défavorable à une application pratique.
À l'heure actuelle, les principaux retardateurs de flamme halogènes et les composés Sb2O3 utilisent l'effet synergique de l'antimoine halogène de la modification ignifuge ABS. L'ABS ignifuge est principalement utilisé dans les téléphones, les ordinateurs, les écrans à cristaux liquides (LCD) et autres coques d'équipements électriques et électroniques, les composants automobiles et les composants externes, les petits appareils de cuisine, les boîtes à outils, les coques d'aspirateur, etc.
4. HANCHES
Les hanches sont faites de polystyrène (PS) et de polybutadiène (PB) par la copolymérisation des deux avantages communs, faciles à traiter, une bonne stabilité dimensionnelle et une excellente isolation électrique, une résistance à fort impact, est largement utilisé dans l'emballage alimentaire, les appareils ménagers, les produits électroniques et les matériaux militaires, tels que les emballages de coquille et d'autres champs.
Cependant, la LOI du HIPS n'est que de 18 %, facile à brûler, afin d'améliorer la sécurité d'utilisation, il doit s'agir d'une modification ignifuge. Utilisé pour la modification ignifuge HIPS des principaux retardateurs de flamme au brome tels que le décabromodiphényléthane (DBDPE), la plupart de l'effet synergique avec Sb2O3, avec un excellent effet ignifuge.
5. PBT
Le PBT est un polyester cristallin saturé, doté d'excellentes propriétés mécaniques, d'une bonne stabilité dimensionnelle, d'une bonne isolation électrique et d'une bonne résistance aux produits chimiques, etc., largement utilisé dans les automobiles, les appareils électroniques, les machines et d'autres domaines.
Cependant, le PBT a de mauvaises propriétés ignifuges (niveau UL94HB), facile à brûler dans l'air, difficile à devenir du charbon de bois, facile à couler lors de la combustion et libère une grande quantité de fumée et de gaz toxiques, facile à produire un nombre relativement grand de dangers, il doit donc s'agir d'une modification ignifuge.
Les retardateurs de flamme pour la modification des retardateurs de flamme PBT sont principalement des retardateurs de flamme halogénés, des retardateurs de flamme bromés plus couramment utilisés tels que le DBDPE, des résines époxy bromées, etc., grâce à l'effet synergique avec le Sb2O3, pour obtenir un excellent effet ignifuge.
Les ignifugeants utilisés dans le PBT comprennent également le diéthylphosphonate d'aluminium (ADP) ou son hydroxyde de magnésium, l'hydroxyde d'aluminium et d'autres produits complexes.
6. PA
PA possède de bonnes propriétés mécaniques, des propriétés électriques et des propriétés lubrifiantes plus importantes, largement utilisées dans les composants électroniques, les pièces automobiles et d'autres domaines.
Grade ignifuge PA non modifié UL94V-2, LOI de 20 % à 22 %, au contact d'une flamme nue, une combustion rapide se produira, libérant une grande quantité de chaleur, mais également en raison de la présence d'un phénomène de chute de flamme fondue, qui crée des conditions pour la propagation ultérieure de la flamme nue.
Afin de prévenir les risques d'incendie, l'industrie a des exigences claires en matière de retardateur de flamme pour les composites PA utilisés dans les automobiles, les appareils électriques et autres produits, qui doivent généralement atteindre le niveau UL94V-0.
Les retardateurs de flamme halogénés sont largement utilisés dans PA en raison de leur bonne compatibilité avec PA et de leur efficacité ignifuge élevée. Les retardateurs de flamme utilisés dans PA comprennent également le diéthylphosphonate d'aluminium (ADP) ou ses produits composés d'hydroxyde de magnésium et d'hydroxyde d'aluminium.
En résumé, à l'heure actuelle, dans le système ignifuge des plastiques techniques, le PC/ABS ignifuge, le PC ignifuge utilise principalement le BDP ignifuge au phosphore. L'ABS ignifuge, le HIPS ignifuge, le PBT ignifuge, l'ignifuge PA utilisent principalement un ignifuge au brome.
Les premiers agents anti-goutte étaient des produits tels que le polyéthylène chloré et le caoutchouc de silicone, qui ont été progressivement remplacés par le polytétrafluoroéthylène (PTFE) à haut poids moléculaire comme courant dominant du marché en raison de problèmes de respect de l'environnement, de maniabilité et de migration. Dans le même temps, il a également été prouvé que le PTFE forme des composés avec l'antimoine à l'état de combustion pour favoriser l'ignifugation en phase gazeuse.
Le PTFE a la propriété de fibrillation sous l'action d'une force de cisaillement et, lors du traitement du plastique, il forme une structure de réseau traversant la matrice du plastique. Dans le cas de la chaleur, le PTFE lui-même ne brûle pas et a la propriété de se contracter. Par conséquent, sa structure en réseau fibrillé interpénétré peut empêcher le plastique de couler, augmentant ainsi les propriétés ignifuges du plastique.
Le PTFE enduit spécialement modifié, ajouté aux formulations de matériaux ignifuges, joue un rôle ignifuge et anti-goutte, aidant les plastiques à atteindre des normes d'ignifugation plus élevées.
Comparé à la poudre pure de PTFE conventionnelle, le PTFE enduit présente une excellente dispersibilité et facilité d'utilisation, aucune agglomération à température ambiante, aucun pli dans les produits moulés par injection, aucun point cristallin dans les produits en noir et blanc et l'amélioration de la brillance de la surface du produit est particulièrement évidente. En raison d'une bonne compatibilité, la résistance aux chocs est moins affectée dans les formulations à fort impact.
L'agent anti-goutte convient aux plastiques ignifuges PC, ABS, PC/ABS, HIPS, PBT, PA qui doivent atteindre le grade ignifuge V-0 ou V-1.
Dans le domaine de l'ignifugation des plastiques techniques, YINSU Flame Retardant se consacre au développement de solutions ignifuges avancées, offrant une large gamme de retardateurs de flamme adaptés à différents types de plastiques. En mettant fortement l'accent sur la recherche et le développement, l'entreprise a réalisé des percées significatives dans la création de retardateurs de flamme écologiques et efficaces qui répondent aux demandes croissantes de diverses industries. YINSU Flame Retardant continue de repousser les limites de la technologie, en développant des retardateurs de flamme spéciaux pour différents plastiques techniques, tels que le PET-55D et le YS-F22B , qui améliorent non seulement la sécurité des plastiques techniques, mais contribuent également à un avenir plus durable.
