Dotés de propriétés chimiques uniques, les PFAS (substances per- et polyfluoroalkyliques) constituent depuis longtemps un matériau stable pour la fabrication de fils et de câbles. Aujourd'hui, les préoccupations environnementales et sanitaires se traduisent par une pression réglementaire croissante. Le moment est venu de préparer un avenir sans PFAS.
Grâce à leur forte liaison carbone-fluor, les polymères fluorés sont d'excellents isolants électriques dotés d'une résistance exceptionnelle à la chaleur et à d'autres produits chimiques. Mais il y a une raison pour laquelle ils sont connus sous le nom de « produits chimiques éternels ». Ils s'accumulent dans l'environnement, présentent un risque pour la santé humaine et ne se décomposent pas avant des centaines, voire des milliers d'années.
La réglementation des PFAS, allant jusqu'à l'interdiction pure et simple de certaines utilisations, s'intensifie. Les États-Unis et l'UE montrent la voie en adoptant des mesures strictes, tandis que d'autres régions s'orientent également vers un contrôle plus strict. Le temps presse et la course vers des alternatives plus sûres est lancée.
Passons en revue les défis, les alternatives potentielles et les principaux facteurs à prendre en compte pour sélectionner les matériaux adaptés aux besoins de développement de vos produits.
Pourquoi nous utilisons du PFAS dans les composés W&C
Les PFAS sont idéaux pour améliorer les performances, la durabilité et la fiabilité du produit final grâce à des propriétés telles que la stabilité thermique, la résistance chimique, la biocompatibilité et la faible friction.
Pour ce dernier raison, les PFAS sont utilisés comme additifs de procédé dans les composés.
Éliminez la formation de bave sans halogène des composés ignifuges (HFFR), par exemple. L'accumulation de matière autour de la matrice d'extrusion constitue un problème important dans la fabrication de fils et de câbles. Elle est causée par une dégradation thermique ou oxydative du polymère provoquée par une contrainte de cisaillement élevée à la sortie de la matrice, qui peut provoquer l'accumulation de petits fragments autour des lèvres de la matrice. S'ils se cassent et s'incrustent dans le produit extrudé, cela peut entraîner des imperfections de surface qui provoquent des courts-circuits.
Les PFAS se sont révélés particulièrement efficaces pour minimiser la formation de bave, grâce à leur faible énergie de surface et à leurs propriétés lubrifiantes. Le développement de matériaux alternatifs présentant les mêmes performances représente un défi complexe.
Des alternatives potentielles aux composés pour l'eau et la climatisation
Quelques substituts potentiels au PFAS dans les composés de fils et de câbles sont apparus ces dernières années, dans le but de réduire la bave et d'améliorer la facilité de traitement.
-Les additifs à base de silicone peuvent réduire considérablement la bave, mais ne correspondent pas toujours exactement à l'efficacité du PFAS, des doses plus élevées sont parfois nécessaires. En particulier, les composites PDMS/silice constituent une solution prête à l'emploi en tant qu'auxiliaire technologique pour de nombreuses applications de fils et de câbles. Ils joueront certainement un rôle de plus en plus important dans la fabrication.
Le PDMS/silice combine les propriétés bénéfiques des deux matériaux. Le PDMS a une faible énergie de surface, ce qui contribue à minimiser l'adhérence à la surface de la matrice. La silice peut éliminer les microdépôts et conduire à des processus d'extrusion plus propres et à des produits de meilleure qualité. Les effets secondaires bienvenus à des doses plus élevées sont un coefficient de friction réduit (pour une meilleure résistance à l'abrasion), des propriétés ignifuges améliorées et une densité de fumée réduite en cas d'incendie. Les matériaux à base de PDMS/silice sont également très polyvalents et personnalisables pour diverses applications.
Les dérivés du PEG sont particulièrement prometteurs pour réduire la formation de bave mais, en raison de leur faible stabilité thermique, ils nécessitent une gestion minutieuse des conditions de température.
Pourquoi utilisons-nous du PFAS dans les isolants des câbles
L'autre utilisation du PFAS dans les fils et les câbles est l'isolation. Les matériaux isolants courants dans l'industrie contiennent du PFAS. Il s'agit notamment du polytétrafluoroéthylène (PTFE), de l'éthylène propylène fluoré (FEP), du perfluoroalcoxy (PFA) et de l'éthylène tétrafluoroéthylène (ETFE).
Il est important de comprendre que les PFAS qu'ils contiennent ne sont pas tous identiques. En fait, seules quelques-unes sont classées comme substances contrôlées en vertu de la Convention de Stockholm, à savoir le PFOS, le PFOA et le PFHxS. Ils appartiennent à une classe de PFAS composés de longues chaînes carbonées, qui s'accumulent dans les organismes situés le long de la chaîne alimentaire.
La plupart des polymères fluorés actuellement sur le marché sont déjà exempts d'APFO, et la plupart des producteurs n'ont jamais utilisé de PFOS ou de PFHxS au départ. La prochaine génération de polymères fluorés sera produite selon un nouveau procédé sans tensioactifs fluorés (émulsifiants fluorés), ce qui devrait réduire considérablement la contamination par les PFAS dans l'environnement.
Alternatives potentielles en matière d'isolants
Dans la recherche d'alternatives plus durables, le défi consiste à trouver un équilibre entre performance et gestion environnementale. À l'heure actuelle, les PFAS sont irremplaçables pour les applications critiques où la sécurité, les performances et la continuité opérationnelle sont primordiales.
Par exemple, les réseaux de communication de l'aérospatiale et de la défense s'appuient sur des polymères fluorés pour réduire les interférences des signaux et empêcher la perte de signaux haute fréquence sur de longues distances. Des alternatives viables sans PFAS continuent d'être recherchées.
De même, dans le secteur de la santé. Les stimulateurs cardiaques reposent sur la durabilité des polymères fluorés. Les cathéters et les fils de guidage dépendent de leur surface à faible frottement pour naviguer en douceur dans les vaisseaux sanguins. La recherche d'alternatives durables dépendra des propriétés mécaniques, de la flexibilité, des méthodes de stérilisation et de la biocompatibilité.
-Le polyuréthane thermoplastique (TPU) est un substitut viable pour certaines applications de câbles médicaux. Ils offrent flexibilité, durabilité, biocompatibilité et facilité de traitement, mais peuvent ne pas correspondre totalement aux propriétés de résistance chimique ou de friction des polymères fluorés.
-Le silicone offre une flexibilité et une biocompatibilité inégalées mais n'est pas aussi résistant aux produits chimiques que les polymères fluorés.
Progrès vers un avenir plus sûr pour tous
La recherche d'alternatives au PFAS pour les fils et les câbles se poursuit. Il n'existe pas de solution de rechange unique, en particulier pour des applications spécifiques à hautes performances telles que les câbles médicaux, de défense et de communication.
La bonne nouvelle, c'est que le paysage évolue rapidement. Chaque partenaire principal avec lequel nous travaillons développe activement des technologies de remplacement des PFAS. La disponibilité d'alternatives s'améliorera au fil du temps.
Les fabricants de fils et de câbles étant déterminés à développer des produits plus sûrs pour les personnes et la planète, une chose est claire : il est temps de repenser vos formulations. À l'IMCD, nous sommes là pour explorer les possibilités ensemble.
