Application des retardateurs de flamme dans les produits en plastique

Les retardateurs de flamme sont des additifs essentiels à la sécurité des produits en plastique. En inhibant la combustion en chaîne, en formant une couche barrière ou en diluant les gaz inflammables, ils réduisent l'inflammabilité des plastiques, retardent la propagation des flammes et limitent les émissions de fumée et de gaz toxiques. La plupart des plastiques sont des matériaux inflammables (comme le PE et le PP, dont l'indice d'oxygène est de seulement 17 à 19). L'ajout de retardateurs de flamme permet d'augmenter cet indice à 26, voire plus, et même de rendre le plastique ininflammable. Ils sont largement utilisés dans les secteurs de l'électronique, de la construction, de l'automobile, de l'électroménager et bien d'autres. Selon leur mode d'action, on distingue les retardateurs de flamme additifs et les retardateurs de flamme réactifs. Actuellement, leur développement s'oriente vers des retardateurs de flamme à faible émission de fumée, faible toxicité, sans halogènes, respectueux de l'environnement, à haute efficacité et à longue durée de vie, autant d'éléments fondamentaux pour garantir une utilisation sûre des produits en plastique.

1. Le mécanisme d'action principal des retardateurs de flamme : blocage multidimensionnel de la combustion

1. Ignifugé en phase gazeuse : inhibe la réaction en chaîne de combustion

Les retardateurs de flamme se décomposent à haute température pour produire des piégeurs de radicaux libres (tels que les halogénures d'hydrogène dans les retardateurs de flamme halogénés), qui capturent les radicaux libres actifs pendant la combustion, interrompent les réactions en chaîne et empêchent la propagation de la flamme :

Produits représentatifs : Retardateurs de flamme bromés (décabromodiphényléthane, tétrabromobisphénol A) ;

Scénarios d'adaptation : boîtier électronique en ABS, composants automobiles en PP, haute efficacité ignifuge, avec un ajout de 5 % à 15 % pour répondre à la norme.

2. Ignifugé en phase condensée : formation d'une couche barrière physique

La couche carbonisée, la substance vitreuse ou la couche de mousse générée par la décomposition du retardateur de flamme se dépose sur la surface du plastique pour isoler l'oxygène et la chaleur et empêcher la combustion de se poursuivre :

Produits représentatifs : retardateurs de flamme à base de phosphore (phosphore rouge, ester de phosphate), retardateurs de flamme à expansion ;

Scénarios d'adaptation : matériaux de construction en PVC, composants électroniques en PA, sans halogène et respectueux de l'environnement, avec une faible production de fumée.

3. Dilution du retardateur de flamme : réduire la concentration des gaz combustibles

La décomposition des retardateurs de flamme produit une grande quantité de gaz incombustibles (tels que l'azote et le dioxyde de carbone), qui diluent la concentration de gaz combustibles et d'oxygène lors de la décomposition du plastique, rendant impossible le maintien de la combustion.

Produits représentatifs : Retardateurs de flamme à base d'azote (mélamine, sels de guanidine) ;

Scénario d'adaptation : film PE, sac tissé PP, combinés à d'autres retardateurs de flamme pour renforcer l'effet ignifuge.

2. Principaux types de retardateurs de flamme et plastiques compatibles : caractéristiques et applications

1. Retardateurs de flamme à base d'halogènes : efficaces et peu coûteux, adaptés à de nombreux plastiques.

Principaux avantages : haute efficacité ignifuge, bonne compatibilité avec les plastiques, faible coût et faible quantité ajoutée (5 % - 15 %) ;

Plastiques compatibles : PE, PP, ABS, PVC ;

Applications typiques : boîtier de télévision en ABS, pièces intérieures de voiture en PP, peuvent atteindre le niveau de retardateur de flamme UL94 V-0, mais libèrent des halogénures d’hydrogène lors de la combustion, limités aux scénarios de protection environnementale haut de gamme.

2. Ignifugé sans halogène : respectueux de l'environnement et à faible émission de fumée, convient aux applications haut de gamme.

Principaux avantages : sans halogène, faible dégagement de fumée, faible toxicité, conforme aux normes européennes RoHS et REACH, divisé en séries au phosphore, à l’azote et de type expansif ;

Plastiques compatibles : PA, PC, PET, PP ;

Applications typiques : connecteurs électroniques en PA, boîtiers d’ordinateurs portables, fils et câbles en PE. Des retardateurs de flamme à base de phosphore (comme le phosphore rouge) peuvent être ajoutés au PA à raison de 10 à 20 % pour atteindre le niveau V-0. Les retardateurs de flamme expansifs conviennent aux matériaux de construction en PVC.

3. Ignifugé réactif : durable et stable, convient aux plastiques techniques.

Avantage principal : greffé sur des chaînes moléculaires plastiques par liaisons chimiques, sans migration ni précipitation, avec un effet ignifuge durable ;

Plastiques compatibles : PET, PC, résine époxy ;

Applications typiques : fibre PET ignifugée, panneau PC ignifugé, résine époxy pour emballage électronique, bonne résistance à la température, convient aux utilisations de longue durée.

4. Retardateurs de flamme inorganiques : écologiques et peu coûteux, adaptés aux produits de milieu et bas de gamme.

Principaux avantages : non toxique, sans fumée, peu coûteux et fonction de suppression de la fumée ;

Produits représentatifs : hydroxyde d’aluminium, hydroxyde de magnésium ;

Plastiques compatibles : PE, PP, PVC ;

Applications typiques : tuyaux d’alimentation en eau en PE, gaines de câbles ignifugées en PVC, avec un ajout de 30 % à 60 %, ce qui réduira légèrement les propriétés mécaniques du plastique.

3. Application pratique des retardateurs de flamme dans les principaux produits en plastique

1. Plastiques pour l'électronique et l'électricité : haute résistance au feu et faible toxicité des fumées

Connecteur électronique PA :

Formule : résine PA6 + 15 % de retardateur de flamme au phosphore rouge + 5 % de synergiste + 0,3 % d'antioxydant ;

Effet : Grade UL94 V-0 (1,6 mm), indice d'oxygène ≥ 32 %, faible densité de fumée, convient aux exigences de protection contre l'incendie des appareils électroniques.

Boîtier de routeur en ABS :

Formule : résine ABS + 12 % de décabromodiphényléthane + 5 % de trioxyde d'antimoine + 0,2 % d'antioxydant ;

Effet : Classe UL94 V-0, haute efficacité ignifuge, coût maîtrisable, conforme aux normes de sécurité des appareils ménagers.

2. Matériaux de construction plastiques : résistants aux intempéries et ignifuges longue durée

Conduit de câble ignifugé en PVC :

Formule : résine PVC + 40 % d'hydroxyde d'aluminium + 10 % de carbonate de calcium + 3 % de stabilisant calcium-zinc ;

Effet : Indice d'oxygène ≥ 28 %, niveau d'incombustibilité B1, forte résistance aux intempéries, convient aux scénarios de construction pré-intégrés.

Géomembrane ignifuge PE :

Formule : résine PE + 30 % d'hydroxyde de magnésium + 5 % d'ignifugeant à base d'azote + 0,2 % de stabilisateur de lumière ;

Effet : Niveau UL94 V-1, faible dégagement de fumée et non toxique, convient aux scénarios de prévention des incendies tels que les décharges et les tunnels.

3. Plastiques automobiles : ignifuges et légers

Panneau de porte de voiture en PP :

Formule : résine PP + 20 % d'agent ignifuge expansif + 10 % de poudre de talc + 0,3 % d'antioxydant ;

Effet : Grade UL94 V-0, taux de rétention de la résistance aux chocs de 80 %, léger et à faible fumée, conforme aux normes de sécurité intérieure automobile.

Pare-chocs de voiture PC/ABS :

Formule : alliage PC/ABS + 15 % de retardateur de flamme phosphoré sans halogène + 0,5 % de compatibilisant ;

Effet : Classe UL94 V-0, bonne résistance aux chocs, aucun dégagement de gaz toxiques lors de la combustion, convient aux besoins de prévention des incendies externes des automobiles.

4. Gaine plastique pour fils et câbles : ignifugée et résistante à la température

Gaine de fil ignifugée en PE :

Formule : résine PE + 25 % d'hydroxyde de magnésium + 8 % de retardateur de flamme à base de composé azoté et phosphoré + 0,2 % d'antioxydant ;

Effet : Le test de combustion groupée répond à la norme, avec un indice d'oxygène ≥ 30 % et une résistance à la température de 70 ℃, convient au câblage domestique et industriel.

Matériau des câbles en PVC ignifugé :

Formule : résine PVC + 15 % de paraffine chlorée + 5 % de trioxyde d'antimoine + 2 % de stabilisant calcium-zinc ;

Effet : Ignifugé de classe B, haute résistance mécanique, faible coût, largement utilisé dans les câbles basse tension.

4. Défis liés aux applications et tendances de développement

1. Défis existants

L'ajout important d'ignifugeants sans halogène peut facilement entraîner une diminution des propriétés mécaniques des plastiques ;

Certains retardateurs de flamme (tels que les composés halogénés) ne sont pas suffisamment respectueux de l'environnement et leur utilisation est limitée sur des marchés comme l'Union européenne ;

L'équilibre entre la résistance au feu et la facilité de mise en œuvre est difficile à trouver, et certains retardateurs de flamme affectent la fluidité des matières plastiques fondues.

2. Tendances de développement

Solutions efficaces sans halogène : développer des retardateurs de flamme composés à l’échelle nanométrique et sans halogène, réduire la quantité ajoutée (de 20 % à moins de 10 %) et équilibrer performance et protection de l’environnement ;

Intégration multifonctionnelle : développer des additifs composites ignifuges + antioxydants + résistants aux intempéries, simplifier les formules, comme les additifs intégrés de suppression de fumée ignifuges ;

Retardateurs de flamme biosourcés : fabriqués à partir d’extraits végétaux tels que des dérivés d’amidon et de lignine, non toxiques et biodégradables, adaptés aux produits plastiques respectueux de l’environnement ;

Amélioration réactive : Développer des retardateurs de flamme réactifs hautement actifs pour améliorer leur stabilité d'adhérence aux plastiques et les adapter aux plastiques techniques haut de gamme.

5. Résumé : Les retardateurs de flamme – le pare-feu ultime pour la sécurité des plastiques

De la protection incendie des appareils électroniques aux exigences de résistance au feu des matériaux de construction, en passant par les normes de sécurité des habitacles automobiles, les retardateurs de flamme bloquent la combustion de multiples façons, créant ainsi une barrière de protection efficace pour une utilisation sûre des produits plastiques. Bien plus qu'un simple additif de sécurité, ils déterminent directement les limites d'application des produits plastiques (notamment dans les secteurs à haut risque comme l'électronique, l'automobile et la construction). À l'avenir, grâce aux progrès réalisés dans les technologies sans halogène, à haute efficacité et respectueuses de l'environnement, les retardateurs de flamme contribueront à l'évolution de l'industrie du plastique vers une sécurité accrue, une protection de l'environnement renforcée et une qualité supérieure, garantissant ainsi la sécurité d'un plus grand nombre d'applications plastiques dans divers contextes.