Quels sont les principaux types de matériaux plastiques ignifugés ?

Le feu se propage rapidement et la plupart des plastiques fondent ou coulent comme une mèche de bougie. Pour que nos gadgets, nos jouets et nos maisons soient plus sûrs, nous comptons sur matériaux plastiques ignifuges qui soit étouffent la flamme, soit refroidissent la surface, soit forment un charbon résistant qui prive le feu d'oxygène. Si vous vous êtes déjà posé la question, "Quels sont les principaux types de matériaux plastiques ignifuges ? vous êtes au bon endroit.

Succès : Deux grandes familles s'occupent de tout :

1. Retardateurs de flamme halogénés - des produits chimiques bromés ou chlorés qui interrompent la réaction en chaîne du feu.
2. Retardateurs de flamme non halogénés - à base de phosphore, de minéraux et d'autres composés organiques qui se refroidissent, se carbonisent ou gonflent pour bloquer la flamme.

Dans cet article, nous allons explorer le fonctionnement de chaque famille, voir des exemples quotidiens, décoder les tests UL et apprendre comment les concepteurs choisissent la meilleure solution pour le coût, la sécurité et la planète.

Matériaux plastiques ignifugés : L'importance de l'ignifugation 

Chaque année, les incendies de maison, de voiture et les courts-circuits électriques causent des pertes déchirantes. Matériaux plastiques ignifugés constituent un filet de sécurité silencieux, offrant aux familles de précieuses secondes pour s'échapper et aux pompiers une scène plus calme à aborder. Ces secondes supplémentaires proviennent d'additifs qui retardent l'allumage, diminuent le dégagement de chaleur et réduisent la fumée. Ils aident également les fabricants à atteindre la norme Classement UL94 que les assurances, les régulateurs et les acheteurs exigent. Sans eux, les ordinateurs portables minces, les smartwatches et les batteries de véhicules électriques d'aujourd'hui ne passeraient tout simplement pas la rampe.

La sécurité dans les maisons

Les mixeurs de cuisine, les cafetières et les multiprises doivent rester froids lorsqu'ils sont soumis à de lourdes charges. Les systèmes halogènes dans les ABS ou PC créer une coque auto-extinguible pour que les étincelles s'éteignent au lieu de se propager.

Électronique et gadgets

Les circuits imprimés peuvent atteindre 130 °C dans des conditions normales d'utilisation. Les composés phosphorés dans les stratifiés FR-4 et les BFR dans les boîtiers de téléphone protègent les joints de soudure et aident les produits à satisfaire à la première des trois exigences suivantes Classifications UL.

Automobile et transport

Les faisceaux de câbles serpentent autour des moteurs chauds et des packs lithium-ion. Les charges minérales telles que l'ATH refroidissent la gaine, ce qui permet d'obtenir un V-0 Indice d'inflammabilité UL même lorsque des vapeurs de carburant se trouvent à proximité.

MATÉRIAUX PLASTIQUES IGNIFUGES HALOGÉNÉS - L'APPROCHE CLASSIQUE

Les additifs halogénés ont été les premiers défenseurs largement utilisés car ils agissent à des doses très faibles, souvent inférieures à 10 % en poids. À l'intérieur de la flamme, les atomes de brome ou de chlore capturent les gaz à effet de serre. radicaux à haute énergie et arrêter la chaîne de combustion en quelques millisecondes. Cette efficacité permet aux ingénieurs de mouler des boîtiers minces et élégants sans sacrifier l'efficacité énergétique. matériaux plastiques ignifuges Les produits bromés modernes sont réactifs et se lient au polymère. Les produits bromés modernes sont réactifs et se lient au polymère, de sorte qu'ils sont moins lessivés pendant la durée de vie du produit. 

Des études industrielles récentes montrent que les systèmes halogénés correctement formulés peuvent atteindre la même brillance de surface que la résine non chargée, de sorte que les concepteurs n'ont plus besoin de couches de peinture épaisses pour dissimuler les additifs. Les fabricants ajoutent souvent des piégeurs de brome et des neutralisateurs de gaz acides, tels que l'hydrotalcite, pour réduire les fumées corrosives en cas d'incendie, ce qui est rare. Les nouveaux stabilisateurs inhibent également la déshydrohalogénation provoquée par les UV, prolongeant ainsi la durée de vie à l'extérieur des cadres de fenêtres et des membranes de toiture qui dépendent de la chimie.

Boîte à outils : Le tétrabromobisphénol-A reste le principal RFB en volume. Il est largement utilisé dans les époxy pour circuits imprimés car il durcit dans l'épine dorsale de la résine et migre rarement.

Retardateurs de flamme bromés (RFB)

Dans une flamme active, les atomes de brome créent des radicaux libres lourds qui extraient l'hydrogène de la boule de feu, stoppant ainsi la réaction en chaîne. Des qualités telles que FR 245 font passer l'ABS de HB à V-0 UL 94 avec seulement 7 % de charge, préservant ainsi la solidité et la couleur. Les concepteurs apprécient cette efficacité, mais doivent vérifier les règles de recyclage en vigueur dans l'Union européenne et dans certains États américains. De nombreux fournisseurs certifient désormais les mélanges bromés par rapport aux normes actualisées de l'Union européenne. Classifications UL pour rassurer les acheteurs. Plastiques résistants au feu fabriqués avec des BFR dominent toujours les chargeurs de téléphone et les dos de téléviseur en raison de leur faible coût et de leur facilité de traitement. 

Si les boîtiers remplis de BFR sont faciles à mouler, leur recyclage exige un tri et une ré-extrusion contrôlée pour éviter les pertes de brome et les odeurs. Certaines usines installent des épurateurs à charbon actif pour capturer les vapeurs de brome pendant la granulation. Le polymère récupéré devient souvent des boîtiers de fournitures de bureau ou des boîtes de jonction où la couleur est moins critique, ce qui prouve que la circularité est possible même avec des additifs hérités du passé.

Conseil rapide : Associez les BFR au trioxyde d'antimoine 2-3 % pour une synergie rentable qui peut réduire de deux secondes la durée de combustion verticale.

Retardateurs de flamme chlorés (CFR)

Les CFR échangent du brome contre du chlore. Ils excellent dans les gaines de câbles souples en PVC, les revêtements de sol en vinyle et les mousses spéciales. Comme le PVC contient déjà du chlore, seules de petites doses supplémentaires sont nécessaires pour atteindre le niveau V-1. Test de flamme UL. Certaines qualités sont des liquides qui se mélangent facilement, ce qui accélère les chaînes de composition. La contrepartie est la fumée : en cas de combustion incomplète, de l'acide chlorhydrique et de la suie peuvent se former. Des progrès récents ont permis d'ajouter des suppresseurs de fumée, comme le borate de zinc, afin de maintenir la qualité de l'acide chlorhydrique et la suie. matériaux plastiques ignifuges nettoyant lors d'un incendie. 

Les concepteurs de meubles en mousse de PU souple utilisent des esters de phosphate chlorés liquides en même temps que des suppresseurs de fumée pour répondre au code incendie TB-117 de la Californie sans raidir les coussins. La viscosité du mélange correspond à celle du polyol, de sorte que l'équipement de moussage n'a guère besoin d'être modifié. L'analyse après incendie montre qu'un charbon vitreux empêche la réinflammation interne, ce qui constitue une sécurité supplémentaire pour les sièges de stade et les coussins d'avion.

Suggestion : Utiliser du stannate de zinc avec des paraffines chlorées pour réduire les fumées de 40 %.

RETARDATEURS DE FLAMME À BASE DE PHOSPHORE

Non halogéné ne signifie pas inefficace. Les additifs phosphorés tels que le polyphosphate d'ammonium, le phosphore rouge ou les esters de phosphinate s'attaquent au feu de deux manières : ils libèrent des gaz inertes qui diluent l'oxygène, et ils forment un charbon mousseux qui protège le polymère. Cette double action permet d'obtenir un classement V-0 dans les pare-chocs en polypropylène avec des charges proches de 25 %. La fumée étant plus froide et moins corrosive, les systèmes au phosphore marquent des points dans les labels verts tels que l'Ange Bleu. Ils aident les ingénieurs à répondre à la norme UL 94 sans avoir recours aux halogènes, tout en conservant la qualité de l'air. plastiques protégés contre le feu en jeu pour les marques soucieuses de l'environnement. 

Les poudres de phosphore rouge microencapsulées sont de plus en plus populaires dans les connecteurs, car le revêtement cireux les maintient au sec pendant le stockage tout en se fondant dans le polymère pendant le moulage par injection. Contrairement au phosphore rouge nu, les capsules résistent à l'oxydation, ce qui réduit les problèmes de poussière sur le lieu de travail et améliore la durée de conservation à plus de deux ans sans purge à l'azote.

RETARDATEURS DE FLAMME À BASE MINÉRALE

Parfois, la nature apporte la réponse la plus simple. Le trihydrate d'aluminium (ATH) et l'hydroxyde de magnésium (MDH) agissent comme de minuscules éponges anti-incendie. Lorsqu'ils sont chauffés, ils aspirent l'énergie, libèrent de la vapeur d'eau et laissent un résidu incombustible. Comme ils ne dégagent pas de produits chimiques toxiques, ils sont très appréciés dans les sièges des transports en commun, les meubles pour enfants et les appareils hospitaliers. Une pièce en polypropylène emballée avec 55 % ATH peut peser un peu plus, mais elle atteint la norme V-0 UL 94 et maintient la fumée toxique à un niveau proche de zéro. Ces minéraux tamponnent également les fumées acides, ce qui atténue les problèmes de corrosion dans les armoires en acier. Les qualités d'ATH traitées en surface utilisent de l'acide stéarique ou du silane pour renforcer la compatibilité avec le PP non polaire, réduisant ainsi la viscosité de manière à ce que les couvercles de batterie à parois minces soient encore viables. Le traitement réduit également l'absorption d'eau, protégeant ainsi les bornes métalliques de la corrosion dans les climats humides tout en préservant la capacité de refroidissement de la charge.

Info : L'ATH commence à libérer de l'eau à environ 200 °C, exactement là où le polyéthylène s'enflamme normalement.

AUTRES COMPOSÉS ORGANIQUES

Le graphite expansible, les élastomères de silicone et le cyanurate de mélamine riche en azote apportent chacun des talents de niche. Le graphite expansible se déforme vers l'extérieur, colmatant les fissures. L'azote de la mélamine insuffle un gaz ininflammable dans la matière fondue, réduisant ainsi le dégagement de chaleur. Le silicone laisse une croûte riche en silice qui isole le câblage. Les ingénieurs les saupoudrent souvent dans des mélanges de PC, PA ou PET pour affiner les performances des fils incandescents et obtenir les classes de sécurité UL strictes pour les trains et les avions. Associés au phosphore, ils permettent de créer des produits sans halogène. matériaux plastiques ignifuges qui survivent aux coups de fil incandescent à 960 °C. La synergie est le mot d'ordre : un rapport de 2:1 entre le graphite expansible et le cyanurate de mélamine peut réduire le taux de dégagement de chaleur de 60 % par rapport à l'un ou l'autre des additifs pris isolément. Cette même recette permet de maintenir une résistivité de surface élevée, ce qui est indispensable pour les plateaux antistatiques qui protègent les puces délicates pendant le transport.

SÉLECTION D'ADDITIFS POUR L'ABS

L'ABS est résistant, brillant et omniprésent - des briques LEGO aux cadres de télévision - mais il brûle facilement. Les formulateurs vérifient d'abord l'objectif Classement UL94 (V-1 pour les jouets, V-0 pour les outils électriques). Pour un jouet sensible au coût, 12 % de décabromodiphényl éthane et du trioxyde d'antimoine font l'affaire. Un dispositif médical peut être remplacé par 25 % phosphate ester pour réduire la fumée et passer un test de flamme UL de 30 secondes maximum. Les charges minérales sont rares ici car elles ternissent la brillance qui fait la réputation de l'ABS. L'équilibre entre le flux, la couleur et le prix permet de maintenir la qualité de l'ABS. matériaux plastiques ignifuges élégants et sûrs. Si la pièce en ABS doit être chromée - pensez aux garnitures de moto - le formulateur doit éviter les grades bromés qui déteignent sous l'effet des acides de gravure. Les esters de phosphate et les mélanges de talc à faible teneur en fumée maintiennent la surface stable pour un placage homogène, ce qui permet d'éviter des rejets coûteux.

Conseil rapide : Testez de petites plaques avant de vous engager dans un moule à grande échelle - les additifs peuvent modifier le rétrécissement jusqu'à 0,4 %.

COMMENT FONCTIONNENT LES MATÉRIAUX PLASTIQUES IGNIFUGES EN PE, PP ET PVC

Le polyéthylène et le polypropylène sont de longues chaînes de carbone et d'hydrogène, un carburant parfait. Les paquets de phosphore intumescents soufflent des bulles mousseuses qui gonflent de 4 à 6 fois l'épaisseur d'origine, bloquant l'oxygène. Les oxydes métalliques comme le borate de zinc refroidissent davantage la surface et fixent les fumées acides. Le PVC, déjà chloré, s'appuie sur des stabilisateurs pour que la flamme s'éteigne d'elle-même dans la fenêtre de 30 secondes exigée par la marque d'inflammabilité UL. 

Les formules hybrides donnent matériaux plastiques ignifuges dans les câbles, les tableaux de bord et les coques de drones, ce qui leur confère une plus grande résistance sans compromettre leur poids. Les câbles d'utilité publique à haute tension superposent souvent une isolation en PP sans halogène sur une gaine en PVC. Le PP interne utilise du phosphore intumescent tandis que le PVC externe utilise son chlore natif, ce qui permet d'obtenir une approche de type "ceinture et bretelles" qui passe le test du fil incandescent à 950 °C exigé pour les prises de compteurs intelligents.

Danger Box : Il faut toujours nettoyer soigneusement l'équipement de compoundage après un passage au phosphore rouge ; les poussières restantes peuvent s'oxyder violemment.

COMPRENDRE LA NORME UL 94 ET LES AUTRES ESSAIS DE FLAMME POUR LES MATÉRIAUX PLASTIQUES IGNIFUGES

Les Laboratoires des assureurs ont conçu UL 94 en tant qu'écran de laboratoire rapide. Les échantillons sont serrés, brûlés au chalumeau et chronométrés pour voir s'ils s'éteignent ou s'égouttent. Les classements vont de HB, V-2, V-1 à V-0. Au-delà de l'UL 94, vous trouverez le test du fil incandescent, le test de l'indice d'oxygène et d'autres tests de l'UL 94. Classifications UL par exemple 5VA pour des panneaux d'enceinte qui doivent résister à cinq explosions de flammes de 70 secondes. En choisissant le bon test dès le début, les concepteurs s'orientent vers la voie la plus rentable pour leur projet de matériaux plastiques ignifuges.

Étude de cas - Rappel d'ordinateurs portables 2006 : Au milieu des années 2000, une grande marque d'ordinateurs portables a dû faire face à un rappel mondial coûteux après que plusieurs blocs lithium-ion ont pris feu sur le sol d'un aéroport. Les enquêteurs ont établi que la cause première était non seulement des éclats métalliques à l'intérieur des cellules, mais aussi la coque extérieure en PC/ABS qui s'était rompue au niveau de la ligne de charnière et avait fait couler du plastique fondu sur les cellules, accélérant ainsi l'emballement thermique. En l'espace de quelques mois, les ingénieurs ont reformulé cette coque avec un polymère bromé et du phosphore intumescent et ont modifié la géométrie de la charnière. 

Le nouveau mélange a passé avec succès les tests V-0, a réduit le dégagement de chaleur maximal de 55 % et a ajouté moins de 20 g au poids total. Les analystes du marché ont par la suite estimé que l'amélioration de la conformité à la norme UL 94 avait permis à l'entreprise d'économiser près de 800 millions de dollars en évitant des réclamations au titre de la garantie au cours de la décennie suivante. 

Conclusion 

N'oubliez pas que chaque additif modifie autre chose que le comportement au feu - la dérive des couleurs, la libération de moisissures, et même le choix des symboles de recyclage. En prenant le temps d'effectuer des essais pilotes et de lire les derniers bulletins des laboratoires de certification, les ingénieurs gardent une longueur d'avance et les consommateurs ne risquent rien.

Le choix entre les systèmes halogènes, phosphorés, minéraux ou hybrides n'est pas un jeu de devinettes, c'est un processus d'appariement technique. Il s'agit d'un processus d'adaptation technique. Connaissez la norme cible, adaptez la chimie, effectuez un essai de combustion et vous obtiendrez matériaux plastiques ignifuges qui assurent la sécurité des utilisateurs et la satisfaction des organismes de réglementation. En vous concentrant sur les besoins du monde réel, vous passerez sans encombre tous les points de contrôle de l'évaluation des tests de flamme UL et réussirez les autres tests de flamme. UL 94 avec une marge de manœuvre suffisante.

FAQ

FAQ :
Q1. Que signifie UL 94 V-0 ?
Un échantillon V-0 cesse de brûler en 10 secondes et ne produit pas de gouttes enflammées.

Q2. Les matériaux sans halogène sont-ils toujours écologiques ?
Pas nécessairement. Certains ont besoin de charges élevées qui augmentent le poids des pièces et la consommation d'énergie.

Q3. Les polymères recyclés peuvent-ils passer les tests de flamme ?
Oui, les fournisseurs vendent des mélanges-maîtres qui permettent d'adapter le PP, le PE ou l'ABS recyclé.

Q4. Comment fonctionne le graphite expansible ?
Il gonfle sous l'effet de la chaleur, colmate les fissures et bloque l'oxygène.

Q5. Pourquoi le phosphore rouge est-il scellé dans des capsules ?
Il peut s'oxyder dans l'air ; la micro-encapsulation empêche une réaction prématurée.