Un échantillon fourni par un client réussit les tests, mais lorsqu'il est retesté dans votre propre usine, il échoue. Après une enquête approfondie, révélant que les paramètres ignifuges , de charge et de processus sont tous restés inchangés, vous découvrez finalement que la seule différence est que l'échantillon de référence était en PVC rigide, alors que votre production utilise du PVC plastifié. Ce n'est pas un problème de formulation ; c'est une question de compréhension.
Le PVC pur possède en effet un caractère ignifuge inhérent, l'indice limite d'oxygène (LOI) de la résine PVC traitée en suspension étant d'environ 45 %. Cependant, les ingénieurs en composés de câbles n'utilisent jamais de PVC pur ; ils utilisent plutôt du PVC flexible contenant 30 à 50 parties de plastifiant. Dans ce système, la LOI tombe à 22-24 %, ce qui est comparable à celle du PE sans retardateurs de flamme ajoutés. Contenir du chlore n’équivaut pas à être ignifuge.
Comment les plastifiants « neutralisent-ils » les retardateurs de flamme ?
Le DOP, le DOTP et le trimellitate, couramment utilisés dans les composés de câbles flexibles en PVC, sont des esters organiques liquides inflammables. Lors de la combustion, ils font trois choses :
Premièrement, ils « aggravent les choses ». Les plastifiants sont des composés organiques ayant un pouvoir calorifique relativement élevé. En ajouter 40 parties à la formulation équivaut à verser 40 parties supplémentaires de carburant dans le « réservoir de carburant ».
Deuxièmement, ils diluent l’effet ignifuge du chlore. Le caractère ignifuge du PVC repose sur la libération de HCl lors de la combustion, qui forme une couche gazeuse Les plastifiants se volatilisent considérablement à des températures élevées, diluant la concentration de HCl et réduisant considérablement sa capacité à bloquer l'oxygène. ignifuge .
Troisièmement, cela détruit la couche de charbon. La structure polyène conjuguée formée par le PVC pur après la libération de HCl peut se réticuler pour former une couche de charbon. Les produits de décomposition des plastifiants créent des « trous » dans cette couche de charbon, permettant à la chaleur et à l'oxygène de pénétrer à travers eux, provoquant ainsi la poursuite de la pyrolyse du substrat interne.
En raison de ces trois facteurs, les avantages ignifuges initiaux sont complètement annulés.
Quelles sont les limites des solutions traditionnelles ?
Les ingénieurs disposent généralement de trois options pour combler cette lacune :
Premièrement, la synergie antimoine-halogène. Il est très efficace et donne d’excellents résultats. Cependant, le Sb₂O₃ a été signalé comme substance prioritaire dans le cadre du règlement REACH de l'UE. Si votre produit est destiné à l’exportation vers l’Europe, cette route finira par être bloquée.
Deuxièmement, l'hydroxyde d'aluminium. Il est sans halogène , respectueux de l’environnement et peu coûteux. Cependant, pour répondre aux exigences UL-94 V-0, il doit généralement être ajouté à une concentration de 40 à 60 parties. Une concentration aussi élevée met à rude épreuve le couple de l'extrudeuse et provoque l'usure des vis ; cela réduit également la flexibilité du composé du câble et sa conservation des propriétés physiques à haute température est inférieure à celle des autres solutions.
Troisièmement, les plastifiants esters de phosphate. Ils possèdent un caractère ignifuge inhérent mais présentent une migration élevée. Après quelques mois d’utilisation, la migration en surface entraîne des blocages, des échecs et des plaintes des clients.
Les trois options sont viables, mais chacune comporte ses pièges. Comment choisir ? Cela dépend du risque que vous considérez comme le plus inacceptable : risque de non-conformité, perte de propriétés physiques ou fiabilité à long terme.
La logique de base de la solution de phosphore rouge
Le phosphore rouge repose sur un retardateur de flamme en phase condensée : à haute température, il génère de l'acide phosphorique et de l'acide polyphosphorique, qui catalysent la déshydratation du PVC en carbone, formant une couche réticulée dense phosphore-carbone qui bloque la chaleur et l'oxygène.
Nous avons effectué des tests de validation approfondis. Dans une formulation composée de 100 parties de PVC, 45 parties de DOTP et 6 parties de stabilisant Ca/Zn, l'ajout de 10 parties de mélange maître de phosphore rouge enrobé augmente la LOI de 23 % à 31 %, et un échantillon de test de 1,6 mm réussit le test UL-94 V-0. Les valeurs spécifiques dépendent du système de formulation et des conditions de traitement ; nous recommandons une validation expérimentale.
L'avantage du phosphore rouge est qu'il nécessite un ajout d'environ 10 parties seulement, ce qui a un impact minimal sur les propriétés clés des composés de câbles :
La flexibilité est conservée : la perte d'allongement à la rupture est maintenue dans une plage raisonnable
Les propriétés électriques sont conservées : la résistivité volumique peut être maintenue à un niveau élevé, ce qui la rend adaptée aux câbles moyenne et haute tension.
La finition de surface est conservée : la surface extrudée ne présente pratiquement aucune différence par rapport aux formulations sans retardateurs de flamme
En d’autres termes, le phosphore rouge est la seule option qui permet un « retardateur de flamme supplémentaire » sans compromettre les performances de base du composé du câble.
Trois conseils pratiques pour votre premier échantillon de test
1. Limites de température
Appliquer du phosphore rouge sur la surface à des températures supérieures à 180 °C peut provoquer des dommages thermiques. Contrôlez la température de décharge du mélangeur interne entre 165 et 175 °C et assurez-vous que la température des rouleaux du broyeur ouvert ne dépasse pas 170 °C.
2. La pré-dispersion est essentielle
La véritable densité du phosphore rouge (environ 2,3 g/cm³) diffère sensiblement de celle de la résine PVC. Tout d’abord, utilisez le plastifiant DOTP pour mouiller et pré-disperser le phosphore rouge dans une suspension. Le rapport recommandé est phosphore rouge:DOTP = 1:1,2. Laissez reposer 2 heures pour vous assurer qu'il n'y a pas de décantation avant de le charger dans le mélangeur interne.
3. Séquence de test
Tout d’abord, testez les tests de combustion verticale LOI et UL-94 pour déterminer l’efficacité du retardateur de flamme ; puis testez le taux de rétention de LOI après un vieillissement thermique de 100 °C × 168 h ; enfin, tester la résistivité volumique et l'allongement à la rupture. Ne testez pas d'abord les propriétés physiques : si les propriétés physiques sont satisfaisantes mais que le caractère ignifuge échoue, tous vos efforts seront vains.
Conclusion
L’ignifugation du PVC flexible ne dépend pas simplement de la présence ou non de chlore, mais plutôt de la mesure dans laquelle l’avantage ignifuge apporté par le chlore est compensé par les plastifiants. Ce n’est qu’en utilisant le bon ignifugeant que cet équilibre peut être rétabli.
Si la teneur en plastifiant dans la formulation dépasse déjà 30 parties, plutôt que de s'inquiéter du choix entre Sb₂O₃ et ATH, il est préférable de tester d'abord la LOI de base. S'il est déjà inférieur à 25 %, le phosphore rouge pourrait être le seul moyen de faire fonctionner les chiffres.
Yinsu Flame Retardant propose une série de produits de mélange maître à base de phosphore rouge spécialement conçus pour les composés de câbles en PVC flexibles, présentant de faibles niveaux de charge, une excellente dispersion et un impact minimal sur les propriétés physiques. Nous vous invitons à demander des échantillons pour vérification et à porter votre jugement sur la base des données de test réelles.
