Formulation et technologie de traitement ignifuges sans halogène pour résine époxy
Le client recherche un retardateur de flamme écologique, sans halogène ni métaux lourds, adapté aux résines époxy à polymérisation anhydride et conforme à la norme UL94-V0. Ce durcisseur doit être un durcisseur époxy haute température avec une température de transition vitreuse (Tg) supérieure à 125 °C, nécessitant une polymérisation à chaud entre 85 et 120 °C et une réaction lente à température ambiante. La formulation détaillée, telle que demandée par le client, est présentée ci-dessous.
I. Système de formulation ignifuge
1. Système ignifuge principal : synergie phosphore-azote
Tableau d'information sur les retardateurs de flamme
| Ignifugé | Mécanisme | Chargement recommandé | Remarques |
|---|---|---|---|
| hypophosphite d'aluminium | Ignifugation en phase condensée, formation d'une couche de carbone de phosphate d'aluminium | 10 à 15 % | Ignifuge primaire, température de décomposition > 300 °C |
| Polyphosphate d'ammonium (APP) | Ignifugation intumescente, synergie avec l'hypophosphite d'aluminium | 5 à 10 % | APP résistant aux acides requis |
| cyanurate de mélamine (MCA) | Source d'azote, renforce la synergie du phosphore, supprime la fumée | 3 à 5 % | Réduit les gouttes |
2. Ignifugeants auxiliaires et synergistes
Tableau d'information sur les retardateurs de flamme auxiliaires
| Ignifugé | Mécanisme | Chargement recommandé | Remarques |
|---|---|---|---|
| borate de zinc | Favorise la formation de charbon, supprime la rémanence | 2 à 5 % | Des quantités excessives peuvent ralentir le durcissement. |
| Hydroxyde d'aluminium fin | Refroidissement endothermique, suppression des fumées | 5 à 8 % | Contrôler la charge (pour éviter une réduction de Tg) |
3. Exemple de formulation (charge totale : 20–30 %)
Formulation de base (par rapport à la teneur totale en résine)
| Composant | Teneur (par rapport à la résine) |
|---|---|
| hypophosphite d'aluminium | 12% |
| APPLICATION | 8% |
| MCA | 4% |
| borate de zinc | 3% |
| Hydroxyde d'aluminium | 5% |
| Chargement total | 32 % (ajustable à 25–30 %) |
II. Étapes clés du traitement
1. Mélange et dispersion
A. Prétraitement :
- Sécher l'hypophosphite d'aluminium, l'APP et le MCA à 80 °C pendant 2 heures (empêche l'absorption d'humidité).
- Traiter les charges inorganiques (hydroxyde d'aluminium, borate de zinc) avec un agent de couplage silane (par exemple, KH-550).
B. Séquence de mélange :
- Résine époxy + retardateurs de flamme (60 °C, agiter pendant 1 h)
- Ajouter un agent de durcissement anhydride (maintenir la température < 80 °C)
- Dégazage sous vide (-0,095 MPa, 30 min)
2. Processus de durcissement
Cuisson par étapes (équilibre entre stabilité ignifuge et Tg élevée) :
- 85°C / 2h (démarrage lent, réduit les bulles)
- 120°C / 2h (assure une réaction complète de l'anhydride)
- 150 °C / 1 h (augmente la densité de réticulation, Tg > 125 °C)
3. Points clés
- Contrôle de la viscosité : Si la viscosité est trop élevée, ajoutez 5 % de diluant époxy réactif (par exemple, AGE).
- Durcissement retardé : utiliser de l'anhydride méthylhexahydrophthalique (MeHHPA) ou ajouter 0,2 % de 2-éthyl-4-méthylimidazole (ralentit la réaction à température ambiante).
III. Vérification et ajustement des performances
1. Ignifugation :
- Test UL94 V0 (épaisseur de 1,6 mm) : s'assurer que le temps de combustion est inférieur à 10 secondes et qu'il n'y a pas de gouttes.
- En cas d’échec : augmenter la concentration d’hypophosphite d’aluminium (+3 %) ou d’APP (+2 %).
2. Performances thermiques :
- Test DSC pour Tg : Si Tg < 125 °C, réduire l’hydroxyde d’aluminium (abaisse Tg en raison d’un effet endothermique).
3. Propriétés mécaniques :
- Si la résistance à la flexion diminue, ajoutez 1 à 2 % de nano-silice pour la renforcer.
IV. Problèmes potentiels et solutions
Tableau des problèmes et solutions liés aux retardateurs de flamme
| Problème | Cause | Solution |
|---|---|---|
| Durcissement incomplet | Absorption d'humidité ou interférence du pH dues aux retardateurs de flamme | Pré-sécher les charges, utiliser un APP résistant aux acides |
| Mauvaise fluidité de la résine | Charge de remplissage excessive | Réduire la concentration d'hydroxyde d'aluminium à 3 % ou ajouter un diluant. |
| défaillance UL94 | Synergie PN insuffisante | Augmenter l'AMC (à 6 %) ou l'hypophosphite d'aluminium (à 15 %) |
V. Formulation alternative (si nécessaire)
Remplacer une partie de l'APP par des dérivés DOPO (par exemple, DOPO-HQ) :
- 8 % de DOPO-HQ + 10 % d’hypophosphite d’aluminium réduisent la charge totale (~18 %) tout en maintenant les performances.
Cette combinaison offre un équilibre optimal entre résistance au feu, respect de l'environnement et performance à haute température. Des essais à petite échelle (500 g) sont recommandés avant toute production à grande échelle.
More info., pls contact lucy@taifeng-fr.com
Date de publication : 25 juillet 2025
