Les bioplastiques ignifugés peuvent-ils être utilisés en fabrication additive ?

Les matériaux utilisés en électrotechnique ou en électronique doivent répondre à des exigences élevées, notamment ceux qui présentent des propriétés comme la résistance aux flammes. Il existe actuellement des plastiques dits ignifuges, mais qu’en est-il des bioplastiques retardateurs de flammes, qui plus est, compatibles avec la fabrication additive ? Les chercheurs du Fraunhofer WKI et du Fraunhofer IAP se sont posés cette question en collaboration avec des partenaires industriels et ont déjà pu obtenir les premiers succès au cours de leurs recherches, non seulement en développant des bioplastiques ignifuges, mais aussi en montrant leur utilisation en impression 3D.

Avant les résultats de la recherche des instituts Fraunhofer, il n’existait aucun retardateur de flamme d’origine biologique connu qui puisse convenir au développement de bioplastiques. Face à ce défi, l’accent a donc été mis sur un retardateur de flamme sans halogène dont l’utilisation serait extrêmement rentable, puisqu’il est surtout nécessaire en très petites quantités. Au début du projet de recherche sur le développement de matériaux biocomposites adaptés à l’électrotechnique et à l’électronique, l’accent a été mis sur la production de nouveaux retardateurs de flamme biosourcés. À cette fin, des synthèses basées sur des alcools biosourcés et des composés contenant du phosphore ont été réalisées.

Avec Hager Electro, les chercheurs ont produit une pièce en polybutylène succinate (PBS) ignifugé. (crédits photo : Fraunhofer WKI | Manuela Lingnau)

Une nouvelle innovation bioplastique ignifuge

Cependant, pour que le facteur de retardement de flamme soit donné en premier lieu, il est important de comprendre que la distribution uniforme du retardement de flamme dans la matrice du biopolymère PLA est nécessaire.  Pour réaliser cette liaison de l’agent ignifuge à cette matrice, les chercheurs ont utilisé la réticulation par faisceau d’électrons, qui est un processus non thermique. Si ce procédé est extrêmement courant lorsqu’il s’agit de plastiques, il n’est pas encore très éprouvé avec les bioplastiques. Pour changer cela, il faut toutefois modifier les propriétés des polymères.

Cependant, il ne fallait pas seulement tenir compte de l’ignifugation, mais aussi de la résistance à la chaleur. Après d’innombrables tests, l’équipe a finalement été en mesure de produire des formulations spécifiques pour le PLA et le PBS qui répondaient à l’exigence de retardement des flammes et les chercheurs ont constaté que le matériau pouvait être utilisé dans la fabrication additive ainsi que dans le moulage par injection, ouvrant ainsi un grand nombre d’applications dans ces domaines. Parmi les tests effectués, citons le test UL94 (un test mesurant si un matériau éteint ou propage les flammes une fois enflammé), le test du fil incandescent (testant la tendance des matériaux à résister à l’inflammation, à éteindre eux-mêmes les flammes et à ne pas répandre ou propager le feu par égouttement) et le test de résistance au traçage.

« Les formulations à base de Bio-PA n’ont jusqu’à présent été traitées qu’à petite échelle dans le compounder de laboratoire et le mini-moulage par injection. Des recherches supplémentaires sont donc nécessaires pour savoir comment la transformation peut être réalisée à l’aide d’extrudeurs à double vis et dans le moulage par injection. L’optimisation des composés ignifuges à base de PA doit également être effectuée en tenant compte de l’ensemble des exigences de l’ingénierie électrique et de l’électronique« , résume le Dr Arne Schirp, chef de projet au Fraunhofer WKI. Vous trouverez de plus amples informations dans le communiqué de presse officiel du Fraunhofer WKI.

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*Crédits photo de couverture : Fraunhofer WKI | Manuela Lingnau