Formulations ignifuges en polypropylène (PP) UL94 V0 et V2

Formulations ignifuges en polypropylène (PP) UL94 V0 et V2

Le polypropylène (PP) est un polymère thermoplastique largement utilisé, mais son inflammabilité limite son application dans certains domaines. Pour répondre aux différentes exigences de résistance au feu (telles que les grades UL94 V0 et V2), des retardateurs de flamme peuvent être incorporés afin d'améliorer la résistance au feu du PP. Vous trouverez ci-dessous une présentation détaillée des formulations de PP ignifuges pour les grades UL94 V0 et V2, incluant la sélection des retardateurs de flamme, la conception de la formulation, les techniques de transformation et les essais de performance.

1. Introduction aux indices de résistance au feu UL94

La norme UL94 est une norme d'inflammabilité élaborée par Underwriters Laboratories (UL) pour évaluer la résistance au feu des matériaux plastiques. Les indices de résistance au feu les plus courants sont les suivants :

• V0: Le plus haut degré d'ignifugation, exigeant que les échantillons s'éteignent d'eux-mêmes en moins de 10 secondes lors d'un test de combustion verticale sans enflammer le coton avec des gouttes.
• V2: Un degré de résistance au feu inférieur, permettant aux échantillons de s'éteindre d'eux-mêmes en 30 secondes lors d'un test de combustion verticale tout en autorisant les gouttes qui pourraient enflammer le coton.

2. Formulation PP ignifuge V0

Le PP ignifugé V0 nécessite une excellente résistance à la flamme, généralement obtenue en incorporant des retardateurs de flamme à haute efficacité et en optimisant la formulation.

2.1 Sélection des retardateurs de flamme

• retardateurs de flamme bromés: Tels que le décabromodiphényléther (DBDPO) et le tétrabromobisphénol A (TBBPA), qui offrent une efficacité élevée mais peuvent être moins respectueux de l'environnement.
• Retardateurs de flamme à base de phosphore: Tels que le polyphosphate d'ammonium (APP) et le phosphore rouge, qui sont plus écologiques et efficaces.
• Retardateurs de flamme intumescents (IFR)Composé d'une source d'acide, d'une source de carbone et d'une source de gaz, il offre une protection ignifuge écologique et efficace.
• Hydroxyde de magnésium (Mg(OH)₂) ou hydroxyde d'aluminium (Al(OH)₃): Retardateurs de flamme inorganiques écologiques, mais des niveaux de charge élevés sont nécessaires.

2.2 Formulation typique

• résine PP: 100 phr (en poids, même valeur ci-dessous).
• Ignifuge intumescent (IFR): 20–30phr.
• Hydroxyde de magnésium: 10–20phr.
• Agent anti-goutte: 0,5–1 phr (par exemple, polytétrafluoroéthylène, PTFE).
• Lubrifiant: 0,5–1 phr (par exemple, stéarate de zinc).
• Antioxydant: 0,2–0,5 phr.

2.3 Techniques de traitement

• MélangeMélanger uniformément la résine PP, les retardateurs de flamme et autres additifs dans un mélangeur à grande vitesse.
• Extrusion et granulation: Utiliser une extrudeuse à double vis à 180–220°C pour produire des granulés.
• Moulage par injection: Mouler les granulés en échantillons d'essai à l'aide d'une machine de moulage par injection.

2.4 Tests de performance

• Test de combustion verticale UL94Les échantillons doivent répondre aux exigences V0 (auto-extinction en moins de 10 secondes, absence d'inflammation du coton par les gouttes).
• Essais des propriétés mécaniquesÉvaluer la résistance à la traction, la résistance aux chocs, etc., afin de garantir que les performances du matériau répondent aux exigences de l'application.

3. Conception de la formulation PP ignifuge V2

Le PP ignifuge V2 a des exigences de résistance à la flamme moins élevées et peut être obtenu avec une charge ignifuge modérée.

3.1 Sélection des retardateurs de flamme

• retardateurs de flamme bromés: Tels que le DBDPO ou le TBBPA, ne nécessitant que de petites quantités pour atteindre V2.
• Retardateurs de flamme à base de phosphore: Comme le phosphore rouge ou les phosphates, offrant des solutions respectueuses de l'environnement.
• Hydroxyde de magnésium (Mg(OH)₂) ou hydroxyde d'aluminium (Al(OH)₃)Écologique, mais nécessite des charges plus élevées.

3.2 Formulation typique

• résine PP: 100phr.
• retardateur de flamme bromé: 5–10phr.
• Trioxyde d'antimoine (Sb₂O₃): 2–3phr (en tant que synergiste).
• Agent anti-goutte: 0,5–1 phr (par exemple, PTFE).
• Lubrifiant: 0,5–1 phr (par exemple, stéarate de zinc).
• Antioxydant: 0,2–0,5 phr.

3.3 Techniques de traitement

• Identique au traitement de grade V0 (mélange, extrusion, moulage par injection).

3.4 Tests de performance

• Test de combustion verticale UL94Les échantillons doivent répondre aux exigences V2 (auto-extinction en 30 secondes, écoulement autorisé).
• Essais des propriétés mécaniques: S'assurer que les performances du matériau répondent aux besoins de l'application.

4. Comparaison entre les formulations V0 et V2

4.1 Charge ignifuge

• V0 nécessite des charges plus élevées (par exemple, 20 à 30 phr d'IFR ou 10 à 20 phr de Mg(OH)₂).
• V2 nécessite des charges plus faibles (par exemple, 5 à 10 phr de retardateurs de flamme bromés).

4.2 Efficacité ignifuge

• Le V0 offre une résistance supérieure à la flamme pour répondre aux exigences les plus strictes.

4.3 Propriétés mécaniques

• Les formulations V0 peuvent affecter de manière significative les propriétés mécaniques (par exemple, la résistance aux chocs, la résistance à la traction) en raison d'une teneur plus élevée en additifs.
• Les formulations V2 ont moins d'impact sur les performances mécaniques.

4.4 Impact environnemental

• Les formulations V0 utilisent souvent des retardateurs de flamme écologiques (par exemple, IFR, Mg(OH)₂).
• Les formulations V2 peuvent utiliser des retardateurs de flamme bromés, qui sont moins respectueux de l'environnement.

5. Recommandations pour l'optimisation de la formulation

5.1 Synergie des retardateurs de flamme

• La combinaison de différents retardateurs de flamme (par exemple, IFR + Mg(OH)₂, bromé + Sb₂O₃) peut améliorer la résistance au feu et réduire la charge.

5.2 Modification de surface

• La modification des retardateurs de flamme inorganiques (par exemple, Mg(OH)₂, Al(OH)₃) améliore la compatibilité avec le PP, améliorant ainsi les propriétés mécaniques.

5.3 Optimisation du traitement

• Le contrôle des paramètres d'extrusion/injection (température, pression, vitesse de la vis) assure une dispersion uniforme et empêche la dégradation.

6. Conclusion

La conception des formulations PP ignifuges V0 et V2 dépend des exigences spécifiques de résistance à la flamme et des scénarios d'application.

• formulations V0utilisent généralement des retardateurs de flamme à haute efficacité (par exemple, IFR, Mg(OH)₂) et une synergie optimisée pour répondre à des normes strictes.
• Formulations V2peut atteindre une résistance au feu plus faible avec un minimum d'additifs (par exemple, des retardateurs de flamme bromés).

Dans les applications pratiques, il est nécessaire de trouver un équilibre entre des facteurs tels que la résistance à la flamme, les performances mécaniques, l'impact environnemental et le coût afin d'optimiser les formulations et les techniques de traitement.

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