formulation de référence de caoutchouc silicone à base de retardateurs de flamme sans halogène

Voici cinq formulations de caoutchouc silicone à base d'ignifugeants sans halogène, intégrant les ignifugeants fournis par le client (hypophosphite d'aluminium, borate de zinc, MCA, hydroxyde d'aluminium et polyphosphate d'ammonium). Ces formulations visent à garantir l'ignifugation tout en minimisant la quantité d'additifs afin de réduire leur impact sur les propriétés mécaniques du caoutchouc silicone.

1. Système ignifuge synergique phosphore-azote (type à formation de charbon à haute efficacité)

Cible: UL94 V-0, faible dégagement de fumée, convient aux applications à température moyenne à élevée

Caoutchouc de base: Caoutchouc silicone méthylvinylique (VMQ, 100 phr)

retardateurs de flamme:

• Hypophosphite d'aluminium (AHP, à base de phosphore): 15 phr
• Fournit une source de phosphore efficace, favorise la formation de charbon et supprime la combustion en phase gazeuse.
• cyanurate de mélamine (MCA, à base d'azote): 10 phr
• Il agit en synergie avec le phosphore, libère des gaz inertes et dilue l'oxygène.
• borate de zinc (ZnB): 5 phr
• Catalyse la formation de charbon, supprime la fumée et améliore la stabilité de la couche de charbon.
• Hydroxyde d'aluminium (ATH, méthode chimique, 1,6–2,3 μm): 20 phr
• Décomposition endothermique, retardement de flamme auxiliaire et dispersibilité améliorée.

Additifs:

• Huile de silicone hydroxylée (2 phr, améliore la transformabilité)
• silice fumée (10 phr, renfort)
• Agent de durcissement (diperoxyde, 0,8 phr)

Caractéristiques:

• Charge totale de retardateur de flamme ~50 phr, assurant un équilibre entre la résistance au feu et les propriétés mécaniques.
• La synergie phosphore-azote (AHP + MCA) réduit la quantité nécessaire de retardateurs de flamme individuels.

2. Système ignifuge intumescent (type à faible charge)

Cible: UL94 V-1/V-0, convient aux produits minces

Caoutchouc de base: VMQ (100 phr)

retardateurs de flamme:

• Polyphosphate d'ammonium (APP, à base de phosphore et d'azote): 12 phr
• Noyau de formation de charbon intumescent, avec une bonne compatibilité avec le caoutchouc silicone.
• Hypophosphite d'aluminium (AHP): 8 phr
• Source supplémentaire de phosphore, réduit l'hygroscopicité de l'APP.
• borate de zinc (ZnB): 5 phr
• Catalyse synergique par charbon actif et suppression des gouttes.
• Hydroxyde d'aluminium (broyé, 3–20 μm): 15 phr
• Retardateur de flamme auxiliaire à faible coût, réduit la charge en APP.

Additifs:

• Huile de silicone vinylique (3 phr, plastifiante)
• Silice précipitée (15 phr, renfort)
• Système de durcissement au platine (0,1 % Pt)

Caractéristiques:

• Charge totale de retardateur de flamme ~40 phr, efficace pour les produits minces grâce à son mécanisme intumescent.
• L'APP nécessite un traitement de surface (par exemple, un agent de couplage silane) pour éviter la migration.

3. Système optimisé à charge élevée d'hydroxyde d'aluminium (type économique)

Cible: UL94 V-0, convient aux produits ou câbles épais

Caoutchouc de base: VMQ (100 phr)

retardateurs de flamme:

• Hydroxyde d'aluminium (ATH, méthode chimique, 1,6–2,3 μm): 50 phr
• Ignifugé primaire, décomposition endothermique, petite taille des particules pour une meilleure dispersion.
• Hypophosphite d'aluminium (AHP): 5 phr
• Améliore l'efficacité de la formation de charbon, réduit la charge ATH.
• borate de zinc (ZnB): 3 phr
• Suppression de la fumée et effet anti-luminescence.

Additifs:

• Agent de couplage silane (KH-550, 1 phr, améliore l'interface ATH)
• silice fumée (8 phr, renfort)
• Durcissement au peroxyde (DCP, 1 phr)

Caractéristiques:

• Charge totale de retardateur de flamme ~58 phr, mais l'ATH domine en termes de rapport coût-efficacité.
• La petite taille des particules d'ATH minimise la perte de résistance à la traction.

4. Système autonome d'hypophosphite d'aluminium (AHP)

Application: UL94 V-1/V-2, ou lorsque les sources d'azote sont indésirables (par exemple, pour éviter la formation de mousse de MCA qui affecte l'apparence).

Formulation recommandée:

• Caoutchouc de base: VMQ (100 phr)
• Hypophosphite d'aluminium (AHP): 20–30 phr
• Teneur élevée en phosphore (40 %) ; 20 phr fournissent environ 8 % de phosphore pour une ignifugation de base.
• Pour UL94 V-0, augmenter à 30 phr (peut altérer les propriétés mécaniques).
• matériau de remplissage de renforcementSilice (10–15 phr, maintient la résistance)
• Additifs: Huile de silicone hydroxylée (2 phr, transformabilité) + agent de durcissement (système diperoxyde ou platine).

Caractéristiques:

• Repose sur l'ignifugation en phase condensée (formation de charbon), améliore considérablement l'indice limite d'oxygène mais a une suppression de fumée limitée.
• Une charge élevée (>25 phr) peut rigidifier le matériau ; il est recommandé d'ajouter 3 à 5 phr de ZnB pour améliorer la qualité du charbon.

5. Mélange d'hypophosphite d'aluminium (AHP) et de MCA

Application: UL94 V-0, faible charge avec synergie de retardateur de flamme en phase gazeuse.

Formulation recommandée:

• Caoutchouc de base: VMQ (100 phr)
• Hypophosphite d'aluminium (AHP): 12–15 phr
• Source de phosphore pour la formation de charbon.
• MCA: 8–10 phr
• Source d'azote pour la synergie PN, libère des gaz inertes (par exemple, NH₃) pour supprimer la propagation de la flamme.
• matériau de remplissage de renforcementSilice (10 phr)
• Additifs: Agent de couplage silane (1 phr, agent de dispersion) + agent de durcissement.

Caractéristiques:

• Charge totale de retardateur de flamme ~20–25 phr, nettement inférieure à celle de l'AHP seul.
• Le MCA réduit les exigences AHP mais peut légèrement affecter la transparence (utiliser le nano-MCA si la clarté est nécessaire).

Résumé de la formulation ignifuge

Recommandations expérimentales

1. Tests prioritairesAHP + MCA (15+10 phr). Si V-0 est atteint, réduire progressivement l'AHP (par exemple, 12+10 phr).
2. Test AHP autonome: Commencez par 20 phr, augmentez de 5 phr pour évaluer le LOI et l'UL94, en surveillant les propriétés mécaniques.
3. Suppression de la fumée: Ajouter 3 à 5 phr de ZnB à n'importe quelle formulation sans compromettre la résistance au feu.
4. Optimisation des coûts: Incorporer 10 à 15 phr d'ATH pour réduire les coûts, même si la charge totale de produit de remplissage augmente.

Procédé de mélange recommandé

(Pour le caoutchouc silicone bi-composant à polymérisation par addition)

1. Prétraitement du caoutchouc de base:

• Charger le caoutchouc silicone (par exemple, gomme 107, huile de silicone vinylique) dans un mélangeur planétaire, dégazer sous vide si nécessaire.

1. ajout de retardateur de flamme:

• Retardateurs de flamme en poudre (par exemple, ATH, MH):
• Ajouter par lots, prémélanger avec le caoutchouc de base (mélange à basse vitesse, 10 à 15 min) pour éviter l'agglomération.
• Sécher à 80–120°C si hygroscopique.
• Retardateurs de flamme liquides (par exemple, les phosphates):
• Mélanger directement avec de l'huile de silicone, un agent de réticulation, etc., sous cisaillement élevé (20 à 30 min).

1. Autres additifs:

• Ajouter successivement les charges (par exemple, la silice), le réticulant (hydrosilane), le catalyseur (platine) et les inhibiteurs.

1. Homogénéisation:

• Affiner davantage la dispersion à l'aide d'un broyeur à trois cylindres ou d'un émulsifiant à cisaillement élevé (essentiel pour les nano-additifs comme les CNT).

1. Dégazage et filtration:

• Dégazage sous vide (-0,095 MPa, 30 min), filtration pour exigences de haute pureté.

Considérations clés

• Sélection ignifuge:
• Les retardateurs sans halogène (par exemple, ATH) nécessitent une taille de particules fine (1 à 5 μm) ; une charge excessive nuit aux propriétés mécaniques.
• Les retardateurs à base de silicone (par exemple, les résines de silicone phényliques) offrent une meilleure compatibilité, mais à un coût plus élevé.
• Contrôle des processus:
• Température ≤ 60°C (empêche l'empoisonnement du catalyseur de platine ou le durcissement prématuré).
• Humidité ≤ 50 % HR (évite les réactions entre l'huile de silicone hydroxylée et les retardateurs de flamme).

Conclusion

• production de masse: Prémélanger les retardateurs de flamme avec le caoutchouc de base pour plus d'efficacité.
• Exigences de haute stabilitéMélanger lors de la préparation afin de minimiser les risques liés au stockage.
• Systèmes nano-ignifugesDispersion à cisaillement élevé obligatoire pour éviter l'agglomération.

More info., pls contact lucy@taifeng-fr.com