Formulation ignifuge de référence pour adhésif acrylique thermodurcissable
Pour répondre aux exigences ignifuges UL94 V0 des adhésifs acryliques thermodurcissables, compte tenu des caractéristiques des retardateurs de flamme existants et des spécificités des systèmes thermodurcissables, la formulation optimisée et l'analyse clé suivantes sont proposées :
I. Principes de conception de la formulation et exigences du système thermodurcissable
- Doit correspondre à la température de polymérisation (généralement 120–180°C)
- Les retardateurs de flamme doivent résister aux traitements à haute température (éviter toute décomposition).
- Assurer la stabilité de la dispersion dans les systèmes à haute densité de réticulation
- Équilibre entre la résistance mécanique après cuisson et l'efficacité de la résistance au feu
II. Conception de systèmes ignifuges synergiques
Fonctions ignifuges et compatibilité avec les matériaux thermodurcissables
| Ignifugé | Rôle principal | Compatibilité avec les thermodurcissables | Chargement recommandé |
|---|---|---|---|
| ATH ultra-fin | FR principal : Déshydratation endothermique, dilution en phase gazeuse | Nécessite une modification de surface (anti-agglomération) | ≤35% (une charge excessive réduit la réticulation) |
| hypophosphite d'aluminium | Synergiste : catalyseur au charbon, piégeur de radicaux (PO·) | Température de décomposition > 300 °C, convient au durcissement | 8 à 12 % |
| borate de zinc | Agent de carbonisation : Forme une barrière vitreuse, réduit la fumée | Synergie avec ATH (Al-BO char) | 5 à 8 % |
| MCA (cyanurate de mélamine) | FR en phase gazeuse : libère du NH₃, inhibe la combustion | Température de décomposition : 250–300 °C (température de durcissement : < 250 °C) | 3 à 5 % |
III. Formulation recommandée (pourcentage en poids)
Directives relatives au traitement des composants
| Composant | Rapport | Notes de traitement clés |
|---|---|---|
| résine acrylique thermodurcissable | 45 à 50 % | Type à faible viscosité (par exemple, époxy acrylate) pour une charge de remplissage élevée |
| ATH modifié en surface (D50 <5µm) | 25 à 30 % | Prétraité avec du silane KH-550 |
| hypophosphite d'aluminium | 10 à 12 % | Prémélangé avec de l'ATH, ajouté par lots |
| borate de zinc | 6 à 8 % | Ajouté avec du MCA ; éviter la dégradation par cisaillement élevé |
| MCA | 4 à 5 % | Mélange à faible vitesse en phase finale (<250°C) |
| Dispersant (BYK-2152 + cire PE) | 1,5 à 2 % | Assure une dispersion uniforme de la charge |
| Agent de couplage (KH-550) | 1% | Prétraité à l'ATH/hypophosphite |
| Agent de durcissement (BPO) | 1 à 2 % | Activateur basse température pour un durcissement rapide |
| Agent anti-sédimentation (Aerosil R202) | 0,5% | Antisédimentation thixotrope |
IV. Contrôles des processus critiques
1. Processus de dispersion
- Prétraitement : ATH et hypophosphite trempés dans une solution à 5 % de KH-550/éthanol (2 h, séchage à 80 °C)
- Séquence de mixage :
- Résine + dispersant → Mélange à basse vitesse → Ajout d'ATH modifié/hypophosphite → Dispersion à haute vitesse (2500 tr/min, 20 min) → Ajout de borate de zinc/MCA → Mélange à basse vitesse (éviter la dégradation du MCA)
- Équipement : mélangeur planétaire (dégazage sous vide) ou broyeur à trois cylindres (pour les poudres ultrafines)
2. Optimisation du durcissement
- Cuisson par étapes : 80 °C/1 h (pré-gélification) → 140 °C/2 h (post-cuisson, pour éviter la décomposition du MCA)
- Contrôle de la pression : 0,5 à 1 MPa pour éviter le tassement du matériau de remplissage
3. Mécanismes synergiques
- ATH + Hypophosphite : Forme un charbon renforcé par AlPO₄ tout en piégeant les radicaux (PO·)
- Borate de zinc + MCA : Double barrière gaz-solide (dilution NH₃ + couche vitreuse fondue)
V. Stratégies d'optimisation des performances
Problèmes courants et solutions
| Problème | Cause première | Solution |
|---|---|---|
| Allumage par goutte-à-goutte | faible viscosité à l'état fondu | Augmenter la concentration de MCA à 5 % et celle d'hypophosphite à 12 %, ou ajouter 0,5 % de micropoudre de PTFE. |
| Fragilité après durcissement | Chargement ATH excessif | Réduire l'ATH à 25 % + 5 % de nano-CaCO₃ (renforcement) |
| sédimentation de stockage | thixotropie faible | Augmenter la teneur en silice à 0,8 % ou passer au BYK-410 |
| LOI <28% | FR en phase gazeuse insuffisant | Ajouter 2 % de phosphore rouge enrobé ou 1 % de nano-BN |
VI. Métriques de validation
- UL94 V0 : échantillons de 3,2 mm, durée totale de la flamme < 50 s (pas d’inflammation du coton)
- LOI ≥30% (marge de sécurité)
- Résidu TGA >25 % (800 °C, N₂)
- Équilibre mécanique : résistance à la traction > 8 MPa, résistance au cisaillement > 6 MPa
Points clés à retenir
- Obtient la certification V0 tout en conservant son intégrité mécanique.
- Des essais à petite échelle (50 g) sont recommandés avant toute mise à l'échelle.
- Pour des performances supérieures : 2 à 3 % de dérivés de DOPO (par exemple, du phosphaphénanthrène) peuvent être ajoutés.
Cette formulation garantit la conformité aux normes strictes en matière d'ignifugation tout en optimisant la facilité de mise en œuvre et les performances d'utilisation finale.
Date de publication : 1er juillet 2025
