Plastiche non infiammabili e standard di infiammabilità UL 94 nella produzione di componenti

Flame retardancy in plastics such as ABS or PA (Nylon) is achieved by infusing them with flame-retardant chemicals. This process involves endothermic reactions that absorb heat, reducing the material’s temperature, which delays ignition and flame spread. Additionally, it promotes char formation which acts as a protective barrier to further burning.

Flame Retardant, Flame Resistant, and Fire Retardant are not the same

Understanding the distinct properties of flame retardant, flame resistant, and fire retardant materials is crucial because these terms are not synonymous. The table below highlights the differences between them.

Nel settore manifatturiero, dove la sicurezza e l’innovazione sono fondamentali, i materiali ignifughi hanno acquisito sempre più importanza. Questi materiali sono stati integrati in processi produttivi come la lavorazione CNC , la stampa 3D e lo stampaggio a iniezione , migliorando la resilienza dei materiali e gli standard di sicurezza in settori come l’edilizia, i trasporti e l’elettronica. Le parti realizzate con tali materiali si sono dimostrate efficaci nel ridurre i rischi di accensione, nel limitare la propagazione della fiamma e nel diminuire le emissioni tossiche.

Cosa sono i materiali ignifughi?

I materiali ignifughi sono progettati per essere termicamente stabili, riducendo la probabilità di accensione e rallentando la diffusione del fuoco, rendendoli essenziali per mitigare i rischi durante incidenti come cortocircuiti o fiamme accidentali. Affinché una plastica possa essere definita ignifuga, deve superare un test di combustione (il più comune è la certificazione UL 94, vedasi di seguito), che prevede lo spegnimento della fiamma entro un periodo di tempo specificato o prima di una quantità ammissibile di materiale bruciato.

Cos’è il ritardo di fiamma

Il ritardo di fiamma nelle materie plastiche come l’ABS o il PA (nylon) si ottiene mescolandole con sostanze chimiche ignifughe. Questo processo prevede reazioni endotermiche che assorbono il calore, riducendo la temperatura del materiale, ritardando l’accensione e la propagazione della fiamma. Inoltre, promuove la formazione di carbone che funge da barriera protettiva contro un’ulteriore combustione.

Ritardante di fiamma, resistente alla fiamma, e ignifugo non sono la stessa cosa 

Comprendere le proprietà distinte dei materiali ritardanti di fiamma, resistenti alla fiamma e ignifughi è fondamentale perché questi termini non sono sinonimi. La tabella seguente evidenzia le differenze tra loro.

Regulations and Standards for Flame-Retardancy

Nella produzione e nella scienza dei materiali, la classificazione UL 94 rappresenta un punto di riferimento per valutare il comportamento dei materiali plastici utilizzati nei dispositivi e negli apparecchi quando esposti a una piccola fonte di fiamma. L’ UL 94 è uno standard riconosciuto a livello mondiale per testare l’infiammabilità dei materiali plastici, adottato dai produttori negli Stati Uniti, in Europa, nel Regno Unito e in Turchia, spesso parallelamente ad altri standard come il FAR 25.853 negli Stati Uniti e ISO EN 11925-2 in Europa , per garantire il rispetto dei requisiti regionali di sicurezza e qualità.

Il sistema di classificazione UL 94 classifica i materiali in diversi gradi di infiammabilità in base alle loro prestazioni durante i test standardizzati. Le valutazioni sono le seguenti

Il PA 2241 FR per SLS può resistere alla fiamma di un accendino ma col tempo si scioglie

Prova di fiamma con un accendino su una parte FDM ULTEM 9085

Le dimensioni delle parti o delle lavorazioni possono influire sul grado di resistenza alla fiamma

Le classificazioni UL 94 sono influenzate dallo spessore del materiale, che ne modifica la classificazione del componente. Ad esempio, lavorazioni o parti con uno spessore superiore ai 3,0 mm hanno maggiori probabilità di ottenere una classificazione UL 94 V-0, lo standard più elevato per la sicurezza antincendio nella plastica. Al contrario, le parti più sottili, in genere quelle inferiori agli 0,75 mm, potrebbero avere difficoltà a soddisfare questa classificazione.

Ecco un esempio di come le dimensioni delle lavorazioni possono influire sulla classificazione UL 94 nei progetti di stampa a iniezione con la resina CX7240:

È fondamentale scegliere il materiale e lo spessore appropriati in linea con i requisiti di sicurezza antincendio specifici per ciascuna applicazione, garantendo la conformità agli standard UL 94 desiderati.

Qual è la differenza tra il grado di fiamma HB e V0?

Per quanto riguarda le classificazioni di fiamma UL 94, vengono comunemente utilizzate le classificazioni HB e V-0. La distinzione fondamentale tra queste due valutazioni sta nell’orientamento del test (orizzontale o verticale) e nella resistenza alla fiamma necessaria per ciascuna. La classificazione HB monitora i tassi di combustione per soddisfare criteri specifici, ma non garantisce l’autoestinzione dopo la rimozione della fiamma.

La maggior parte delle plastiche con spessori standard può raggiungere l’HB senza ulteriori additivi. Al contrario, le plastiche classificate V-0 dimostrano una resistenza alla fiamma superiore, estinguendosi dopo la rimozione della fiamma, e spesso richiedono additivi speciali. Ad esempio, il PA 12 (nylon) per SLS nel suo stato normale è classificato HB. Ma la sua opzione ignifuga, PA 2210 FR , è classificata V-0.

La tabella seguente confronta gli attributi delle classificazioni UL 94 V-0 e HB:

Materiali ritardanti di fiamma nella lavorazione CNC

Ecco alcune delle plastiche ritardanti di fiamma più popolari utilizzate nella lavorazione CNC:

Oltre ai materiali sopra menzionati, esistono anche alcune modifiche meno diffuse di ABS e PVC, come il FR-ABS e il FR-PVC, che sono specificamente progettate per soddisfare la classificazione UL 94 V-0, fornendo una maggiore sicurezza antincendio per questi materiali.

Materiali ritardanti di fiamma nella stampa 3D

La tabella seguente mostra una selezione di materiali ritardanti di fiamma comunemente utilizzati nella stampa 3D. Quando si seleziona un materiale, considerare i requisiti di resistenza alla fiamma della propria applicazione finale, poiché non è sempre necessario utilizzare il materiale con la valutazione più elevata per progetti in cui è presente un rischio di incendio minore.

La regolazione dei parametri di stampa come l’altezza dello strato e la densità di riempimento può influire sulle proprietà finali della parte stampata. Densità di riempimento più elevate e altezze degli strati inferiori possono contribuire a migliorare la resistenza al fuoco del materiale riducendo la probabilità di sacche d’aria e migliorando l’adesione tra gli strati.

Questo video non è specificamente un test di resistenza alla fiamma, ma varie parti stampate in 3D vengono esposte ad una sfera metallica riscaldata per testarne la resistenza al calore

Materiali ritardanti di fiamma nella stampa a iniezione

Di seguito sono riportati alcuni materiali ritardanti di fiamma con classificazione V-0 comunemente utilizzati nella stampa a iniezione, disponibili su Xometry per quotazioni manuali:

È necessaria una post-elaborazione per rendere ignifuga la plastica?

Il ritardo di fiamma, a differenza di proprietà come la resistenza alla corrosione o la levigatezza superficiale, è specifico del materiale utilizzato nella produzione. Per la plastica, questa caratteristica autoestinguente è intrinseca al materiale o introdotta tramite additivi e in genere non richiede post-elaborazione per essere attivata.

Applicazioni industriali di materiali ritardanti di fiamma

• Industria Automotive: i materiali ritardanti di fiamma sono ampiamente utilizzati nelle applicazioni automotive per soddisfare i requisiti delle normative di sicurezza antincendio. Ad esempio, le plastiche come l’ABS ignifugo, vengono utilizzate nei componenti interni, come cruscotti, rivestimenti e cablaggi, per ridurre il rischio di incendio in caso di collisione o malfunzionamento elettrico.
• Produzione di componenti aerospaziali : nell’industria aerospaziale, i materiali ignifughi vengono utilizzati negli interni degli aerei, nell’arredamento delle cabine e nei componenti elettrici. Molti produttori tendono a utilizzare l’ULTEM 9085 per la lavorazione CNC di componenti della cabina, poiché questo materiale è rinomato per il suo elevato rapporto resistenza/peso e per il ritardo di fiamma, soddisfacendo gli standard di infiammabilità UL 04. L’uso di ULTEM 9085 ha ridotto significativamente il rischio di incendi in volo e ha contribuito alla sicurezza generale dell’aeromobile.
• Industria elettronica: i materiali ignifughi sono essenziali nell’industria elettronica per proteggere i componenti elettronici sensibili e i dispositivi elettrici e garantire che i prodotti soddisfino gli standard di sicurezza antincendio . La plastica ignifuga viene utilizzata nei materiali dell’alloggiamento, nei circuiti stampati e nei connettori per ridurre il rischio di guasti e malfunzionamenti legati al fuoco.
• Beni di consumo: i materiali ignifughi sono comunemente utilizzati nei beni di consumo come mobili, elettrodomestici ed elettronica per migliorare la sicurezza antincendio. Ad esempio, materiali ignifughi vengono utilizzati nei mobili imbottiti e nella biancheria da letto per ridurre il rischio di incendio e rallentare la propagazione del fuoco.

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