Academic literature on the topic 'Véhicules électriques – Matériaux – Essais de comportement au feu'

Aujourd'hui, le secteur des transports est en pleine mutation avec la transition des véhicules thermiques vers les véhicules électriques. Par conséquent, les matériaux largement utilisés dans les véhicules, tels que le PPE, doivent également évoluer en raison d'exigences plus strictes en matière de propriétés ignifuges.Dans cette thèse, trois approches ont été envisagées pour améliorer les propriétés ignifuges du PPE et atteindre une classification V0 lors du test vertical UL-94, selon les trois différentes étapes de fabrication du PPE. Ces étapes sont : (1) le mélange du polypropylène (PP) avec divers additifs par un processus d'extrusion, (2) l'expansion du PP formulé, et (3) le moulage des billes de PPE dans la forme désirée. Avant d'étudier les différentes approches d'ignifugation de l'EPP, le test feu vertical UL-94 a été instrumenté afin d'en obtenir plus d'informations et de mieux comprendre les propriétés feux des différents matériaux. Les différentes approches envisagées ont été les suivantes : (1) l'incorporation de retardateurs de flamme (RF) et d'agents de synergie dans la matrice de PP avant l'expansion, il s'agit de l'approche la plus courante. Dans cette approche, la comparaison entre différent RF ayant des modes d'action différents (RF intumescent, générateur de radicaux libres, etc.) a été plus particulièrement étudiées. Une optimisation de la combinaison des RF et une étude de l'influence du mode de fabrication (étape d'expansion) ont été nécessaire. En effet, en raison de la grande quantité nécessaire et de leur potentiel rôle d'agents de nucléation, les RF peuvent perturber l'expansion du PP. Le mécanisme d'action des RF choisis a été étudié avant et après l'étape d'expansion. Il s'avère que l'étape d'expansion est une étape très complexe pour la conservation des propriétés feu qui a induit l'étude d'approches alternatives pour la validation de concept différents. L'alternative (2) concerne l'application d'un revêtement ignifuge sur les billes de PPE (avant le moulage) et la (3), l'application d'un revêtement ignifuge sur la pièce finale moulée (barreaux de PPE). Cependant, ces approches présentent également certains inconvénients. En effet, le PPE présente de faibles propriétés adhésions car il ne possède pas de groupes fonctionnels. Ainsi, une optimisation par traitement plasma est nécessaire pour augmenter l'adhésion du PPE. Plusieurs revêtements ignifuges ont été appliqués en surface et le moulage des billes de PPE revêtues a été étudiée. Les propriétés ignifuges des billes de PPE moulées revêtues et des barreaux de PPE revêtues ont été étudiées en utilisant le test vertical UL-94
Today the sector of transport is changing with the transition from thermal vehicles to electrical vehicles. Thus, the materials widely used in vehicles as EPP also have to change due to higher requirements in terms of fire properties.In this thesis, three approaches were considered to increase the fire properties of EPP and reach a V0 rating at UL-94 vertical test, according to the three steps of manufacturing EPP. In fact, to manufacture EPP, three steps are necessary: (1) the polypropylene (PP) is melt blended with various additives via an extrusion process, (2) the blended PP is expanded, i.e. an expansion gas is introduced into it to form EPP beads and (3) the EPP beads are then molded into the desired shape. Before investigating the different approaches, the UL-94 vertical test was instrumented in order to obtain more information and have a better understanding in terms of fire properties. The different approaches considered were: (1) incorporating flame retardants and synergists into the PP matrix before expansion, this is the most common approach. This approach was deeply investigated with a comparison between several FRs with different modes of action (intumescent FR, free radical generator, etc), an optimization of the most efficient FRs combination and a study of the influence of industrial manufacturing, especially the expansion step. Indeed, the FRs can disrupt the foaming processability (expansion step), due to the high amount of FRs needed and the fact that FRs can play the role of nucleating agents. Moreover, the mechanism of action of the chosen FRs was studied before and after the expansion step. To counter the complexity of the expansion step in the approach (1), alternative approaches were studied in order to validate others concept. The alternative (2), applying a flame-retardant coating on the EPP beads (before molding) and (3) applying a flame-retardant coating to the molded final piece (EPP bars). However, these approaches have also some drawbacks. Indeed, the EPP has poor adhesion properties because it has no functional groups. Thus, an optimization of a plasma treatment was needed in order to increase the adhesion of EPP. Several flame retardant coatings were applied on the surface and the moldability of the coated EPP beads was studied. Finally, the fire properties at UL-94 vertical test of the molded coated EPP beads and coated EPP bars were studied

Un des objectifs de ces travaux a été d’évaluer l’effet du recyclage et de polluants (huile moteur (HM) et éthylène glycol (EG)) sur les propriétés d’usage de polypropylènes chocs issus de véhicules usagés. Le recyclage (ici limité à six cycles d’extrusion) n’entraîne pas de modification significative des propriétés mécaniques. L’étude de la cinétique de cristallisation des polymères pollués a montré que l’EG retarde la cristallisation du copolymère. La cinétique de dégradation a permis de simuler et de quantifier les différentes étapes de dégradation des matériaux. Le comportement au feu des polymères est par ailleurs amélioré de manière significative après recyclage et en présence des polluants, particulièrement dans le cas de la pollution à l’HM. Le deuxième axe de l’étude a été consacré à l’ignifugation des matériaux par des systèmes intumescents (formulation à base de polyphosphate d’ammonium (APP) avec et sans agent de synergie (borate de zinc (ZB))). Dans tous les cas les matériaux recyclés et pollués présentent des performances satisfaisantes. Nous avons montré que l’efficacité du char intumescent est gouvernée par sa vitesse de formation et par sa conductivité thermique qui sont influencées positivement par la pollution (avec APP/ZB) et le recyclage (avec APP) (augmentation de la vitesse et diminution de la conductivité thermique). La caractérisation chimique des structures qui se développent dans des conditions de combustion montre la formation d’une structure phosphocarbonée contenant des polyaromatiques, des pyrophosphates et de l’acide phosphorique ainsi que, dans le cas du ZB, des borophosphates (sa formation permet de renforcer la structure intumescente)
The impact of recycling and pollutants (engine oil (EO) and ethylene glycol (EG)) on the intrinsic properties of polypropylene-based materials coming from end-of-life cars was investigated. Recycling (limited here to six extrusion cycles) is not detrimental to the mechanical properties of the polymeric matrices. The crystallization kinetics study realized on the polluted polymers showed that the presence of EG delays crystallization. The degradation kinetics allowed to simulate and quantify the different degradation steps of the materials. Pollutants and recycling also lead to an improvement of the reaction to fire of our copolymer, especially in the case of EO-containing samples. The second part of the work was devoted to the study of the flame retardant properties of our materials provided by ammonium polyphosphate (APP) with or without zinc borate (ZB) (synergistic agent)). In all cases recycled and polluted materials show satisfying performances. It was found that the efficiency of the protective barrier provided by the char is governed by the rapidity of its formation and its thermal conductivity which are positively influenced by EO (with APP/ZB) and recycling (with APP) (increase of the formation rate and decrease of the conductivity). Chemical characterization of the structures formed in a fire scenario reveals the formation of a phosphocarboneous structure containing polyaromatics, pyrophosphates and phosphoric acid and when zinc borate is used, borophosphates which can reinforce the intumescent structure

Un des objectifs de ces travaux a été d’évaluer l’effet du recyclage et de polluants (huile moteur (HM) et éthylène glycol (EG)) sur les propriétés d’usage de polypropylènes chocs issus de véhicules usagés. Le recyclage (ici limité à six cycles d’extrusion) n’entraîne pas de modification significative des propriétés mécaniques. L’étude de la cinétique de cristallisation des polymères pollués a montré que l’EG retarde la cristallisation du copolymère. La cinétique de dégradation a permis de simuler et de quantifier les différentes étapes de dégradation des matériaux. Le comportement au feu des polymères est par ailleurs amélioré de manière significative après recyclage et en présence des polluants, particulièrement dans le cas de la pollution à l’HM. Le deuxième axe de l’étude a été consacré à l’ignifugation des matériaux par des systèmes intumescents (formulation à base de polyphosphate d’ammonium (APP) avec et sans agent de synergie (borate de zinc (ZB))). Dans tous les cas les matériaux recyclés et pollués présentent des performances satisfaisantes. Nous avons montré que l’efficacité du char intumescent est gouvernée par sa vitesse de formation et par sa conductivité thermique qui sont influencées positivement par la pollution (avec APP/ZB) et le recyclage (avec APP) (augmentation de la vitesse et diminution de la conductivité thermique). La caractérisation chimique des structures qui se développent dans des conditions de combustion montre la formation d’une structure phosphocarbonée contenant des polyaromatiques, des pyrophosphates et de l’acide phosphorique ainsi que, dans le cas du ZB, des borophosphates (sa formation permet de renforcer la structure intumescente)
The impact of recycling and pollutants (engine oil (EO) and ethylene glycol (EG)) on the intrinsic properties of polypropylene-based materials coming from end-of-life cars was investigated. Recycling (limited here to six extrusion cycles) is not detrimental to the mechanical properties of the polymeric matrices. The crystallization kinetics study realized on the polluted polymers showed that the presence of EG delays crystallization. The degradation kinetics allowed to simulate and quantify the different degradation steps of the materials. Pollutants and recycling also lead to an improvement of the reaction to fire of our copolymer, especially in the case of EO-containing samples. The second part of the work was devoted to the study of the flame retardant properties of our materials provided by ammonium polyphosphate (APP) with or without zinc borate (ZB) (synergistic agent)). In all cases recycled and polluted materials show satisfying performances. It was found that the efficiency of the protective barrier provided by the char is governed by the rapidity of its formation and its thermal conductivity which are positively influenced by EO (with APP/ZB) and recycling (with APP) (increase of the formation rate and decrease of the conductivity). Chemical characterization of the structures formed in a fire scenario reveals the formation of a phosphocarboneous structure containing polyaromatics, pyrophosphates and phosphoric acid and when zinc borate is used, borophosphates which can reinforce the intumescent structure

L’un des enjeux majeurs de la société Nexans est de développer des câbles résistants au feu pour le bâtiment, l’industrie et les réseaux d’infrastructures. Dans ce contexte, un des systèmes développés est un câble électrique dit à isolation tricouche. Le principal désavantage du matériau composite entrant dans la composition de ce câble électrique est son taux de charges important, nécessaire pour obtenir un matériau répondant aux performances électriques et thermiques attendues. Ce haut taux de charges peut constituer un obstacle à la mise en œuvre du matériau du fait de la forte viscosité induite mais aussi détériorer ses propriétés finales comme la flexibilité et la dureté. La stratégie alternative développée visant à réduire le taux de charges introduit et ainsi à diminuer la viscosité des matériaux pour faciliter leur mise en œuvre a été de synthétiser directement les charges dans le polymère en voie fondue. Le procédé sol-gel par lequel une phase inorganique peut être générée in situ pendant le procédé d’extrusion grâce à l’utilisation de précurseurs inorganiques est particulièrement adapté. En effet, les précurseurs inorganiques pourront jouer le rôle de solvant ou plastifiant préalablement à leur réaction, permettant ainsi d’abaisser la viscosité du système complet. De ces observations découle l’objectif principal des travaux de cette thèse qui est de développer des matériaux résistants au feu en intégrant des charges générées in situ par extrusion réactive dans une matrice polymère pré-chargée
One of Nexans' major challenges is to develop fire-resistant cables for buildings, industry and infrastructure networks. In this context, one of the systems developed is a three-layer insulated electric cable. The main disadvantage of the composite material used in the composition of this electrical cable is its high filler content, necessary to obtain a material that meets the expected electrical and thermal performance. This high filler rate can constitute an obstacle to the fabrication process of the material due to the high viscosity induced, but also deteriorate its final properties such as flexibility and hardness. The alternative strategy developed aiming to reduce the filler rate and thus reduce the viscosity of the materials to facilitate their implementation was to synthesize the fillers directly in the molten polymer. The sol-gel process by which an inorganic phase can be generated in situ during the extrusion process through the use of inorganic precursors is particularly suitable. Indeed, the inorganic precursors can play the role of solvent or plasticizer prior to their reaction, thus making it possible to lower the viscosity of the complete system. From these observations stems the main objective of the work of this thesis, which is to develop fire-resistant materials by integrating charges generated in situ by reactive extrusion in a pre-charged polymer matrix

Cette étude s’inscrit dans le cadre du projet de recherche européen IMS&CPS (Innovative Material Synergies & Composite Processing Strategies), et vise à développer de nouvelles fibres à base d’un polymère thermoplastique thermostable : le polyéthersulfone (PES) chargé en nanotubes de carbone (NTC). Le principal objectif du projet est l’alignement, l’orientation et l’intégration des NTC dans des matériaux composites structuraux afin d’obtenir des propriétés mécaniques, thermiques et électriques améliorées, en vue de la protection des pièces contre les interférences électromagnétiques (EMI) et la foudre. L’utilisation des NTC comme charges conductrices permettra d’intégrer la fonction de conductivité électrique dans les fibres PES, puis dans le composite final par dissolution de ces dernières et migration des NTC dans la matrice composite époxy. Une première partie de cette étude concerne la conductibilité et les propriétés de tenue au feu des nanocomposites PES/NTC après extrusion. Dans une seconde partie, deux procédés pour la mise en œuvre des fibres sont étudiés : le filage en voie fondue et le filage en voie solvant. Le procédé en voie fondue du PES nécessite l’introduction d’un plastifiant et l’adaptation de panneaux radiants afin d’améliorer la filabilité et de réduire les températures de mise en œuvre de ce polymère thermostable. Des fibres de PES contenant jusqu’à 1,5 % de NTC en masse ont ainsi pu être obtenues. Une pré-orientation et un alignement des NTC sont observés dans l’axe de production des fibres. Un procédé de tissage a ensuite permis une orientation en 2D des NTC. Le filage en voie solvant du PES permet une incorporation d’un taux plus élevé de NTC (2 % en masse). Des fibres semi-conductrices sont obtenues avec un seuil de percolation électrique situé aux alentours de 1 % de NTC en masse. Dans les deux méthodes de mise en œuvre, une corrélation entre le procédé utilisé, la morphologie, la tenue mécanique et la conduction électrique de chacune des fibres est effectuée. L’évolution de la morphologie et des propriétés électriques des fibres après dissolution du PES dans la résine époxy est aussi abordée montrant une amélioration significative de la conductivité électrique dans la matrice composite
This study falls within the framework of the European project IMS&CPS (Innovative Material Synergies & Composite Processing Strategies) and aims at developing new carbon-nanotubes-based thermostable polyethersulfone (PES) fibres. The main goal of this project is the alignment, orientation and integration of carbon nanotubes (CNT) in structural composite materials in order to obtain improved mechanical, thermal and electrical properties, for shielding against electromagnetic interference (EMI) and protection against lightning strike. Using CNT as conductive fillers allows the improvement of electrical conduction inside the fibres and then in the composites by the fibres’ dissolution and the CNT migration in the epoxy composite matrix. A first part focuses on the conductibility and the fire behaviour of the nanocomposites PES/CNT. In a second part, melt and wet spinning were studied as methods for producing nanocomposite fibres. To process PES/CNT by melt spinning it was necessary to add a plasticizer and adapt the heating panels, and this allowed PES melt-spun fibres containing up to 1.5 wt. % CNT to be obtained. CNT pre-orientation and alignment in the production axis of the fibres was also noticed. Then, a weaving process permitted CNT orientation in different directions. Using the wet spinning process, a higher CNT content (2 wt. %) was incorporated in the PES fibres. An electrical percolation threshold of around 1 wt. % CNT incorporated in the PES wet-spun fibres was reached. In both spinning methods, a correlation between processing, morphologies, mechanical and electrical properties of the elaborated fibres was established. The evolution of the fibres’ morphologies and electrical properties after their dissolution in epoxy resins is also mentioned and reveals a significant improvement of their electrical conductivity in the composite matrix

La réduction des émissions de gaz à effet de serre (Kyoto 1997) est un enjeu majeur, à l’heure actuelle, dans la lutte contre le réchauffement climatique. Une des solutions envisagées concerne le développement de véhicules électriques dont l’alimentation peut se faire par l’intégration d’une pile à combustible. Le cœur d’une pile à combustible est constitué d’un assemblage membrane/électrode (AME). Cette membrane doit posséder des propriétés de conduction ionique ainsi qu’une grande résistance thermique, dans le cas des véhicules électriques. Mes travaux concernent l’élaboration et la caractérisation de membranes répondant à ces conditions par l’élaboration de polymères fonctionnalisés (fonctions sulfoniques ou fonctions ammonium) pour permettre le transport des protons, qui possèdent des motifs résistants aux hautes températures (motifs oxyde de triphénylphosphine), et associés à un solvant différent de l’eau (liquide ionique) pour palier au problème de déshydratation de la membrane. Ces travaux démontrent que les performances des membranes sont liées intrinsèquement à la structure des polymères, à la nature et au taux de solvant ionique ainsi qu’aux conditions expérimentales de réalisation de la membrane
Reducing emissions of greenhouse gases (Kyoto, 1997) is, actually a major issue in the fight against global warning. One solution being considered is the development of electric vehicles whose power can be achieved by integrating a fuel cell. The heart of a fuel cell consists of an membrane/electrode assembly (MEA). This membrane must possess ionic conduction properties and a large thermal resistance, in the case of electric vehicles. My work involves the development and characterization of membranes that meet these conditions by the preparation of functionalized polymers (sulfonic functions or ammonium functions) to allow the transport of protons, which possess high temperatures resistance units (triphenylphosphine oxide units) and associated with a solvent other than water (ionic liquid) to annihilate the problem of dehydration of the membrane. These studies demonstrate that the performance of the membranes are intrinsically related to the structure of polymers, to the nature and rate of the ionic solvent and to the experimental conditions of the membrane production