Literatura científica selecionada sobre o tema "Composites polymères – Additifs – Essais de comportement au feu"

La compréhension des procédés d'ignifugation du PA6 basés sur l'emploi d'un retardateur de flamme (FR) phosphoré (OP1311) et/ou une argile organomodifiée (C30B) est l'objet de cette étude. En termes de propriétés feu, un effet de synergie est observé pour la formulation combinant les deux additifs. Les raisons de cet effet ont été étudiées et expliquées. La dispersion de l'argile étant nanométrique dans les composites avec et sans FR, l'explication de l'amélioration réside soit dans l'obtention de composés plus stables formés par réaction entre les constituants de la formulation, soit dans la résistance améliorée de la structure protectrice développée due à des interactions physiques. Pour mettre en évidence les éventuelles interactions chimiques, la dégradation thermique des additifs et des formulations a été étudiée. Aucune nouvelle espèce n'est formée lors de la dégradation thermique. Il n'y a donc pas de réaction chimique. Des interactions physiques doivent donc se produire et permettre cette amélioration du comportement du matériau sous flux de chaleur. L'évolution des structures qui se forment au cours de la dégradation des formulations sous flux de chaleur a été étudiée. Des mécanismes de protection ont été proposés pour expliquer l'effet de synergie.

Ce travail se place dans le contexte de développement de nouveaux textiles, appelés textiles techniques, afin de palier à la décroissance du secteur textile traditionnel européen. De nouveaux filaments de PLA nanocomposites ont été produits en voie fondue suivie d'un étirage. Les charges utilisées sont des argiles, constituées de feuillets de silicate, et qui ont déjà prouvé leur rôle de renfort pour de nombreuses matrices polymères en terme de propriétés thermomécaniques, barrière aux liquides et au gaz ainsi qu'une amélioration du comportement au feu des matériaux. Dans un premier temps, les conditions de filage ont été modifiées afin d'étudier leur influence sur les propriétés finales des filaments. Après avoir optimisé ces conditions, des mélanges PLA / argile ont été filés. Ces mélanges ont été extrudés sur extrudeuse contrarotative ou corotative. De nouveaux filaments de PLA nanocomposites, chargés jusqu'à 4 % en masse ont ainsi pu être produits. Une forte modification des propriétés d'allongement des filaments en présence de Cloisite®30B nous a amené à envisager l'utilisation d'un plastifiant. Seule la Bentone®104 a permis la production de filaments de PLA nanocomposites chargés à hauteur de 4 % en masse sans plastifiant. Ces filaments nanocomposites ont ensuite été utilisés afin de produire des étoffes maillées, dont les propriétés feu ont été étudiées à l'aide d'un calorimètre à cône. Une forte réduction du pic de chaleur dégagée est observée. Les filaments de PLA nanocomposites permettent donc de produire des étoffes ayant des propriétés feu intéressantes. La teinture des étoffes maillées à base de PLA a également été étudiée. Divers paramètres de la conduite de teinture ont été modifiés afin d'établir une conduite de teinture optimale. La teinture des PLA nanocomposites montre une absorption de colorant plus importante.

L'élimination définitive des véhicules hors d'usage constitue une problèmatique environnementale mondiale. Il existe en Europe des entreprises dédiées au démontage et à la récupération de leurs composants qui peuvent alors être réutilisés, parmi lesquels on trouve notamment les déchets plastiques.Dans la première partie de cette recherche, il a été proposé de traiter ces déchets plastiques par un procédé pyrolytique afin de les transformer en déchets solides, à utiliser dans le cadre des additifs dans un système ignifuge dans une matrice polypropylène.Les résidus de véhicule ont ainsi été séparés en utilisant les méthodes d'essai standard pour la densité et la gravité spécifique, puis ont été caractérisés et enfin incorporés dans un processus de pyrolyse thermique aboutissant à la formation d'un résidu pyrolytique solide (RSP). Le RSP fut ensuite incorporé à un mélange de polymères (polypropylène, polyphosphate d'ammonium et pentaérythritol).Les propriétés thermiques, mécaniques et d'inflammabilité ont alors été évaluées par analyse thermogravimétrique, module d'élasticité, résistance à la traction, pourcentage de déformation et indice limite d'oxygène.Dans la deuxième partie de cette recherche, il a été déterminé et comparé si les déchets solides traités thermiquement (RS-T), issus de la pyrolyse des déchets plastiques, les cendres volcaniques (CV) et les cendres de balle de riz (CR) ont une action synergique lorsqu'ils sont ajoutés aux additifs ignifuges de polypropylène (tels que le polyphosphate d'ammonium et le pentaérythritol). Ces matériaux ont été caractérisés par analyse d'adsorption d'azote (méthode de Brunauer-Emmett-Teller), fluorescence X et diffraction des rayons X. La présence abondante de SiO2 et Al2O3, qui sont considérés comme des minéraux ignifuges, a été déterminée.Des composites à matrice polymère composés de polypropylène, de polyphosphate d'ammonium, de pentaérythritol et de matériaux CV, CR et RS-T (à 1% à 9% de concentration) ont été synthétisés. La stabilité thermique et la résistance au feu des mélanges de polymères obtenus ont été évaluées par l'indice limite d'oxygène, l'analyse thermogravimétrique et la calorimétrie à cône. Il a été constaté que ces matériaux ont une action synergique avec les additifs ignifuges au vu de l'augmentation de la résistance au feu mesurée.Dans la dernière partie de cette recherche, l'influence des zéolithes naturelles obtenues à partir des cendres du volcan Ubinas, en tant qu'agents synergiques dans un système ignifuge, a été étudiée. Quatre zéolithes ont été synthétisées à partir de cendres volcaniques calcinées et non calcinées, puis ont été placées dans une solution alcaline à trois températures de synthèse. Les zéolithes ont ensuite été caractérisées par diffraction des rayons X, analyse par adsorption d'azote (méthode Brunauer-Emmett-Teller) et microscopie électronique à balayage.Des mélanges de polymères de polypropylène ont alors été préparés avec du polyphosphate d'ammonium, du pentaérythritol et les zéolites à 1, 5 et 9%. Leur stabilité thermique et leur résistance au feu ont été évaluées par analyse thermogravimétrique, indice limite d'oxygène, test d'inflammabilité verticale ULV-94 et calorimétrie à cône, leur structure morphologique a été testée par microscopie électronique à balayage. Nous avons observé que la température de synthèse et l'utilisation de cendres volcaniques calcinées et non calcinées ont une influence sur les caractéristiques des zéolithes et sur leur action synergique avec les retardateurs de flamme et donc, sur leurs propriétés ignifuges
The final disposal of vehicles at their end-of-life is generating a world environmental problem. Nowadays, in Europe there are companies dedicated to the disassembly and recovery of the components that can be reused, being plastic wastes among these components. Thus, in the first part of this research, it was proposed to treat these plastic wastes through a pyrolytic process in order to transform them into solid wastes, to be used as part of the additives in a flame retardant system for a polypropylene matrix. Vehicle residues were segregated according to their densities and characterized. They were subsequently incorporated into a thermal pyrolysis process giving, as a result, a solid pyrolytic residue (RSP). Using the RSP, the polymer blends were prepared composed of polypropylene, ammonium polyphosphate and pentaerythritol. Their thermal, mechanical and flammability properties were evaluated by thermogravimetric analysis, modulus of elasticity, tensile strength, percentage of deformation and the limiting oxygen index.In the second part of this research, it was determined and compared whether the heat treated solid waste from the pyrolysis of plastic waste of vehicles (RS-T), volcanic ash (CV) and rice husk ash (CR) have any synergistic action when added to polypropylene flame retardant additives (such as ammonium polyphosphate and pentaerythritol). These materials were characterized by nitrogen adsorption analysis (Brunauer-Emmett-Teller method), X-ray fluorescence and X-ray diffraction. The abundant presence of SiO2 and Al2O3 was determined, which are considered flame-retardant minerals. Polymer matrix composites were synthetized, which were composed of polypropylene, ammonium polyphosphate, pentaerythritol and CV, CR and RS-T materials (at 1% to 9% by wt.). The thermal stability and fire resistance of the synthesized polymer mixtures were evaluated through the limiting oxygen index, thermogravimetric analysis and cone calorimetry. It was determined that these materials have a synergistic action with flame-retardant additives as an increase in their fire resistance has been demonstrated.In the final part of this research, the influence of natural zeolites obtained from ashes of the Ubinas volcano, as synergistic agents in a flame-retardant system, has been studied. Four different zeolites were synthesized from volcanic ash, including calcined and not calcined ashes, being placed in an alkaline solution at three synthesis temperatures. Zeolites were characterized by X-ray diffraction, nitrogen adsorption analysis (Brunauer-Emmett-Teller method) and scanning electron microscopy. Polypropylene polymer blends were prepared with ammonium polyphosphate, pentaerythritol and the zeolites at 1, 5 and 9% (by wt.). Their thermal stability and fire resistance were evaluated by thermogravimetric analysis, limiting oxygen index, ULV-94 vertical flammability test and cone calorimetry. Their morphological structure was tested by scanning electron microscopy. It was determined that the synthesis temperature and the use of calcined and non-calcined volcanic ashes has an influence on the characteristics of zeolites and on their synergistic action with flame retardants and therefore, on their flame-retardant properties

Les textiles jouent un rôle important dans notre vie quotidienne. La plupart des fibres textiles et des tissus sont fabriqués à partir de polymères à base de pétrole, des matériaux inflammables et potentiellement dangereux. Afin de conférer le caractère ignifuge aux fibres textiles; entre autres, les composés halogénés sont plus efficaces et largement utilisés pour améliorer le comportement ignifuge des matières textiles. Cependant, en raison de la toxicité des composés halogénés et de l'épuisement progressif des ressources pétrolières, les communautés scientifiques et industrielles sont obligées de trouver des solutions alternatives. Par conséquent, on s’intéresse de plus en plus aux ressources durables, en particulier au développement de systèmes ignifugeants fabriqués à partir de ressources biologiques et respectueux de l’environnement non halogénés. Dans le contexte de l’utilisation de ressources biologiques, une attention particulière a été appelée pour la biomasse. Après la cellulose, la lignine est le deuxième polymère de biomasse le plus abondant et le principal à base d'unités aromatiques. En particulier, la lignine est avantageuse car c’est un coproduit des industries de la pâte à papier et de la fabrication du papier et non une ressource qui nécessite une production spécifique. En fait, sa structure chimique hautement aromatique permet d’améliorer différentes propriétés fonctionnelles telles que la résistance aux UV, l’antioxydant et l’ignifugation des polymères. Récemment, la lignine a fait l’objet d’une grande attention en tant qu’additif retardateur de flamme d'origine biologique en raison de son aptitude élevée à la formation de carbone après la décomposition thermique. Cette capacité de formation de carbone de la lignine en fait un candidat de choix comme source de carbone pour un système intumescent avec un autre additif ignifuge. Lors du chauffage, les matériaux intumescents ignifuges (FR) forment une couche carbonisée cellulaire expansée; agissant comme une barrière physique contre le transfert de chaleur et de masse, qui protège le matériau sous-jacent de l'action du flux de chaleur et de la flamme.Au meilleur de nos connaissances, aucune étude n'a été publiée concernant l'introduction de la lignine en tant que source de carbone dans les structures textiles pour leur conférer des propriétés ignifugeantes. Par conséquent, dans cette étude, la lignine a été introduite dans la structure textile lors de la composition. Cette thèse porte sur le développement de la structure textile ignifuge entièrement biosourcée. Pour atteindre cet objectif, l'approche en plusieurs étapes est adoptée. Dans une première étape, la matrice polymère biosourcée a été sélectionnée pour produire la structure textile et la méthode d’incorporation de la lignine a été étudiée et optimisée. Ensuite, les propriétés ignifuges apportées par la lignine ont été caractérisées et améliorées en ajoutant un additif ignifuge dans les formulations (par exemple, utilisation de sources acides pour développer un système intumescent pouvant améliorer la résistance des textiles au feu). Dans la deuxième phase du projet, la lignine a été combinée à la source d'acide d'origine biologique pour développer une nouvelle génération de structures durables (100% biosourcées) destinées aux marchés du textile. La principale avancée technologique consiste à utiliser et à combiner différents composants biosourcés utilisés dans d'autres industries, telles que l'industrie du plastique, afin de développer des solutions textiles
It has been chosen to study valorization of low-cost industrial lignin as additive in designing the flame retardant (FR) system for polyamide 11 (PA) to develop biobased textile structure. The main focus of this thesis work is to consider lignin as carbon source and introduce in a textile structure in combination with phosphinate salt (FR agent). In the primary study, chemically different industrial lignins were incorporated in PA by extrusion to investigate the charring and fire retardant behaviour of the prepared binary blends. In addition, the introduction of sulphonated lignins significantly reduced the peak of the heat release rate (PHRR) and of the total heat release (THR), and a noticeable increase of the char residue was observed after forced combustion test. In the next approach, lignin was exploited as carbon source in combination with commercially available phosphinate FR (i.e., ZnP and AlP). To achieve this objective, a preliminary study carried out with laboratory grade lignin (LS) combined with ZnP to investigate the thermal stability and fire performance as well as the possible synergy between lignin and ZnP and with the polymer matrix. The results obtained in this study permitted to continue further, the practical implementation of lignin and multifilament production. In the next step, flame retarded blends were developed with direct addition of low-cost industrial lignins (LL and DL) with phosphinate FR. For the systematic understanding, various FR formulations were developed by varying the lignin and FR loading and characterized. Thermal decomposition analysis showed that the presence of lignin decreases the initial decomposition temperature (T5%) due to the decomposition of lignin which starts at a lower temperature region with the evolution of less thermally stable compounds and the maximum decomposition temperature (Tmax) shifts to higher temperature region, at this stage the formation of phenolic, carbonyls, hydrocarbons and CO2 along with phosphinate compounds occurs. Meanwhile, in the condensed phase thermally stable aromatic charred layer is formed because of lignin decomposition and phosphate compounds formation due to the presence of phosphinate metal salt. A higher amount of char residue is obtained when LL combined with ZnP/AlP as compared to the DL and ZnP/AlP blends. It is assumed that, during decomposition of LL, the sulfonate compounds release SO2 and transformed into thermally stable Na2SO4, hence giving rise to the stable char residue. The fire properties were assessed by cone calorimeter tests revealed the combination of lignin and phosphinate FR significantly reduced the PHRR and other fire-related parameters due to the formation of a protective char layer. The presence of lignin not only improve fire retardancy but also reduced the evolution of carbon monoxide (CO). More enhanced fire retardant properties were obtained with LL and ZnP/AlP combination reaches to 10 wt% in ternary blends, which not only promotes char formation but also confer the stability to char in the condensed phase. Furthermore, the most enhanced forced combustion results were obtained with LL and AlP (in particular, PA80-LL10-AlP10). Multifilament yarns were successfully produced for PA-DL-ZnP and PA-LL-ZnP combinations. However, the blends of AlP with lignin were not spinnable because of low compatibility and dispersion level of AlP in the polymer. Optical microscopy and tensile tests were performed to study the physical properties of multifilaments. A double layer (interlock structure) knitted fabrics were developed to evaluate fire behaviour analysis on fabric samples

Un des enjeux majeurs de la simulation du procédé d’injection est la prédiction des retraits et des déformations dans la phase de maintien et dans la phase de refroidissement des pièces. Ce travail de thèse s’est inscrit dans ce contexte avec pour objectif de mieux comprendre les phénomènes thermiques régissant la solidification de pièces injectées en polymère semi-cristallin chargé de fibres de verre. En effet, la cristallisation de ce type de matériaux est une réaction exothermique et ce changement d’état influence fortement les propriétés thermiques des matériaux ainsi que les conditions aux parois. Dans cette optique, la caractérisation et la modélisation des propriétés thermiques des matériaux étudiés ont été effectuées. La conductivité thermique a fait l’objet d’une analyse approfondie à travers la validation d’un modèle de prédiction prenant en compte l’anisotropie induite par l’orientation des fibres. Une étude expérimentale a également permis de valider les modèles thermiques de cristallisation et de transfert. Enfin, l’effet de la cristallisation sur les transferts de chaleur a été mis en évidence, d’une part dans des conditions de refroidissement rapide sans cisaillement et, d’autre part dans des conditions industrielles. Les conditions d’interface ont été analysées notamment grâce notamment à l’évaluation d’une résistance thermique de contact
A major issue of the injection process simulation is the prediction of shrinkage and warpage during the packing and cooling stage. In this context, this work contributes to a better understanding of the thermal phenomena that occur during the injection and the solidification of semi-crystalline polymer fiber-filled parts. Indeed, crystallization of that category of material is an exothermic reaction et the phase change modifies thermal properties and boundary conditions. The characterization and the modeling of the thermal properties of the materials have been carried out. We focus on the thermal conductivity through the validation of on prediction model taking into account the fiber orientation. An experimental study also permits to validate thermal a model of coupling between crystallization and heat transfer. Then, the influence of the crystallization on heat transfer has been emphasized, on one hand for high cooling without shear, in the second hand in industrial injection conditions. Interface conditions have been analyzed especially thanks to the evaluation of a thermal contact resistance

L’utilisation intensive de matériaux polymères, hautement inflammables, nécessite le développement de solutions efficaces afin de protéger les hommes et les infrastructures des incendies. Les revêtements fins notamment permettent de réguler les transferts de masse et de chaleur à l’origine du processus de combustion, directement à l’interface entre le matériau et la flamme. En outre, la concentration des retardateurs de flamme à la surface du matériau limite l’utilisation de matière, avec un impact minimum sur les propriétés fonctionnelles du substrat. Le but de cette thèse est de concevoir des revêtements fins innovants, adaptés à plusieurs types de substrats, grâce à une compréhension approfondie du mécanisme de protection de systèmes connus pour être efficaces. Les revêtements en « couche par couche » sont vus comme une solution particulièrement efficace pour diminuer l’inflammabilité des polymères, et sont particulièrement adaptés aux matériaux poreux. Malgré de nombreuses études, leur mécanisme d’action demeure incertain. Des revêtements « couche par couche », constitués soit de chitosan et de vermiculite, soit de polyethylenimine et de nitrure de bore hexagonal, ont été déposés sur des mousses en polyuréthane. Une analyse détaillée de ces matériaux, avant et après avoir été soumis à différents scénario feu, a permis de rassembler les éléments nécessaires à la compréhension de leur mécanisme d’action. Les résultats de cette analyse ont été appliqués au développement de nouveaux concepts. En premier lieu, des revêtements composites à haut taux de charge composés d’hydrogel alginate/argile ont été appliqués en une seule étape sur des tissus en polyamide 66. La réticulation de la matrice a amélioré la stabilité thermique et l’effet barrière physique du revêtement, ce qui a permis de classer les échantillons V-0 au test UL94. Ensuite, un autre type de barrière physique constituée d’une bicouche métal/diélectrique a été déposé sur des plaques de polyamide 6. L’action de ce revêtement repose sur la réflexion du rayonnement infrarouge, ce qui réduit l’absorption de chaleur par le substrat et augmente considérablement le temps d’ignition du polymère sous une contrainte thermique radiative. Ce concept s’est montré très efficace en combinaison avec des retardateurs de flamme (RF) dans la masse. Les deux approches ont un effet complémentaire. Le revêtement agit en premier en limitant l’absorption de chaleur et en retardant l’action des RF. Lorsqu’il perd son intégrité, les charges prennent le relais sans que leur efficacité ne soit diminuée, et réduisent le pic de débit calorifique et la quantité de chaleur dégagée totale du polyamide 6 grâce à l’action de mécanismes physiques et chimiques
The extensive use of highly flammable polymeric materials requires the development of innovative fire protective solutions to lower the threat on human lives and infrastructures integrity. Thin coatings especially act on the mass and heat transfer responsible for the combustion process directly at the interface between the substrate and the flame. They also have the advantage of concentrating the fire retardant system on one place, therefore using the smallest amount of material as possible, and with minimal impact on the bulk properties of the material. The aim of this Ph.D is to design innovative thin coatings adapted to various substrates, based on an in-depth understanding of the mechanism of action of effective systems. Layer-by-layer coatings are seen as a very efficient solution to lower the flammability of polymers and are particularly adapted to porous substrates. Though extensively studied, their mechanism of action remains unclear. Layer-by-layer coatings, composed either of chitosan and vermiculite or of polyethyleneimine and hexagonal boron nitride, were deposited on flexible polyurethane foam. Extensive analysis of the material before and after being exposed to various thermal constraints allowed to gather more insights on their mechanism of action. This knowledge was applied to develop new concepts. On the first hand, high-filler content composite coatings based on alginate/clay hydrogels were applied in a one pot process on polyamide 66 fabrics. The cross-linked network improved the thermal stability and physical barrier effect of the coating, and the approach was proven to be efficient as the samples were rated V-0 at UL94 test. On the other hand, another kind of thin physical barrier deposited by PVD and composed of protected metal was deposited on polyamide 6 plate. Relying on the reflection of infrared rays, this type of coating reduced the heat absorption by the substrate, and considerably increased the time to ignition in a radiative fire scenario. This concept was proven particularly efficient when combined with thermally triggered bulk fire retardant (FR) fillers. It was found that both approaches have a complementary effect. The coating acts first by reducing the heat absorption, delaying the activation of the FR systems. Once it fails, the fillers take over unhindered, allowing to reduce the peak of Heat Release Rate and Total Heat Release of polyamide 6 thanks to physical and chemical mechanisms

L’utilisation intensive de matériaux polymères, hautement inflammables, nécessite le développement de solutions efficaces afin de protéger les hommes et les infrastructures des incendies. Les revêtements fins notamment permettent de réguler les transferts de masse et de chaleur à l’origine du processus de combustion, directement à l’interface entre le matériau et la flamme. En outre, la concentration des retardateurs de flamme à la surface du matériau limite l’utilisation de matière, avec un impact minimum sur les propriétés fonctionnelles du substrat. Le but de cette thèse est de concevoir des revêtements fins innovants, adaptés à plusieurs types de substrats, grâce à une compréhension approfondie du mécanisme de protection de systèmes connus pour être efficaces. Les revêtements en « couche par couche » sont vus comme une solution particulièrement efficace pour diminuer l’inflammabilité des polymères, et sont particulièrement adaptés aux matériaux poreux. Malgré de nombreuses études, leur mécanisme d’action demeure incertain. Des revêtements « couche par couche », constitués soit de chitosan et de vermiculite, soit de polyethylenimine et de nitrure de bore hexagonal, ont été déposés sur des mousses en polyuréthane. Une analyse détaillée de ces matériaux, avant et après avoir été soumis à différents scénario feu, a permis de rassembler les éléments nécessaires à la compréhension de leur mécanisme d’action. Les résultats de cette analyse ont été appliqués au développement de nouveaux concepts. En premier lieu, des revêtements composites à haut taux de charge composés d’hydrogel alginate/argile ont été appliqués en une seule étape sur des tissus en polyamide 66. La réticulation de la matrice a amélioré la stabilité thermique et l’effet barrière physique du revêtement, ce qui a permis de classer les échantillons V-0 au test UL94. Ensuite, un autre type de barrière physique constituée d’une bicouche métal/diélectrique a été déposé sur des plaques de polyamide 6. L’action de ce revêtement repose sur la réflexion du rayonnement infrarouge, ce qui réduit l’absorption de chaleur par le substrat et augmente considérablement le temps d’ignition du polymère sous une contrainte thermique radiative. Ce concept s’est montré très efficace en combinaison avec des retardateurs de flamme (RF) dans la masse. Les deux approches ont un effet complémentaire. Le revêtement agit en premier en limitant l’absorption de chaleur et en retardant l’action des RF. Lorsqu’il perd son intégrité, les charges prennent le relais sans que leur efficacité ne soit diminuée, et réduisent le pic de débit calorifique et la quantité de chaleur dégagée totale du polyamide 6 grâce à l’action de mécanismes physiques et chimiques
The extensive use of highly flammable polymeric materials requires the development of innovative fire protective solutions to lower the threat on human lives and infrastructures integrity. Thin coatings especially act on the mass and heat transfer responsible for the combustion process directly at the interface between the substrate and the flame. They also have the advantage of concentrating the fire retardant system on one place, therefore using the smallest amount of material as possible, and with minimal impact on the bulk properties of the material. The aim of this Ph.D is to design innovative thin coatings adapted to various substrates, based on an in-depth understanding of the mechanism of action of effective systems. Layer-by-layer coatings are seen as a very efficient solution to lower the flammability of polymers and are particularly adapted to porous substrates. Though extensively studied, their mechanism of action remains unclear. Layer-by-layer coatings, composed either of chitosan and vermiculite or of polyethyleneimine and hexagonal boron nitride, were deposited on flexible polyurethane foam. Extensive analysis of the material before and after being exposed to various thermal constraints allowed to gather more insights on their mechanism of action. This knowledge was applied to develop new concepts. On the first hand, high-filler content composite coatings based on alginate/clay hydrogels were applied in a one pot process on polyamide 66 fabrics. The cross-linked network improved the thermal stability and physical barrier effect of the coating, and the approach was proven to be efficient as the samples were rated V-0 at UL94 test. On the other hand, another kind of thin physical barrier deposited by PVD and composed of protected metal was deposited on polyamide 6 plate. Relying on the reflection of infrared rays, this type of coating reduced the heat absorption by the substrate, and considerably increased the time to ignition in a radiative fire scenario. This concept was proven particularly efficient when combined with thermally triggered bulk fire retardant (FR) fillers. It was found that both approaches have a complementary effect. The coating acts first by reducing the heat absorption, delaying the activation of the FR systems. Once it fails, the fillers take over unhindered, allowing to reduce the peak of Heat Release Rate and Total Heat Release of polyamide 6 thanks to physical and chemical mechanisms

La kaolinite est une des matières les plus utilisées depuis la plus haute antiquité. En effet, du fait de leurs propriétés, les argiles sont utilisées comme charges dans beaucoup d'applications industrielles notamment dans le domaine de la papeterie, de la céramique, de l'industrie cimentaire, dans le verre etc. Leur utilisation est liée à leurs bonnes propriétés optiques, minéralogiques et chimiques. L'ajout de kaolinites submicroniques pose cependant de multiples difficultés liées en particulier à leur incompatibilité avec la plupart des polymères et à la difficulté de les exfolier. Dans ce contexte, il est proposé, dans ce travail, une nouvelle voie de valorisation de la kaolinite à la fois comme charge renforçante et/ou compatibilisante et comme retardateur de flamme dans des matrices thermoplastiques.La surface de la kaolinite est tout d'abord traitée avec différents agents de type silane. Ces charges traitées ont été incorporées (entre 4 et 12% en volume dans le polypropylène et le polyamide et jusqu'à 35 % en volume dans le EVA) ce qui a permis à la fois de modifier les propriétés élastiques, les contraintes seuil ainsi que les performances au choc par rapport aux matrices contenant les charges non traitées et d'établir un lien entre ces différentes performances et la dispersion de la charge (estimée par analyse d'images).Due à l'hétérogénéité de la surface de la kaolinite, une nouvelle méthode pour modifier sa surface est proposée. Cette méthode est basée sur la modification sélective des alumines de surface avec des acides phosphoniques. Les silices de surface étant libres pour réagir avec un autre agent de modification, soit un silane porteur d'une fonction époxy, soit une amine. Il a été mis en évidence, dans un mélange PP/PA, que la kaolinite modifiée avec l'acide phosphonique à une tendance à se placer à l'interface des polymères et pourrait alors jouer un rôle de comptabilisation.Finalement, des études sur le comportement au feu des différentes formulations ont permis de montrer que la kaolinite a un grand potentiel en tant que retardateur de flamme. La réduction du pic de débit calorifique (pHRR) semble être en lien étroit avec le comportement rhéologique des polymères chargés et donc très sensible au traitement de surface.

Ces travaux ont pour objectif d’améliorer les propriétés physico-chimiques et la réaction au feu du polylactide pour des applications durables. Le manuscrit commence par un état de l’art des propriétés et des méthodes d’ignifugation du polylactide. Ensuite, un procédé par extrusion réactive a été développé et optimisé pour la polymérisation de différents polylactides, stéréocomplexés ou non, à partir des isomères L et D du lactide. Le polylactide stéréocomplexe multibloc ainsi obtenu possède des propriétés supérieures à celles du polylactide commercial (température de fusion et taux de cristallinité augmentés), mais une stabilité thermique plus faible à cause de la présence du catalyseur de polymérisation résiduel. Le protocole d’extrusion réactive est ensuite modifié afin d’améliorer la stabilité thermique des polylactides et de former des nanocomposites. L’ajout d’un ligand (α tropolone) pour désactiver le catalyseur de polymérisation résiduel améliore la stabilité thermique. Les polylactides chargés en nanotubes de carbone montrent une faible amélioration de leur réaction au feu. De ce fait, des polylactides intumescents ont été élaborés en combinant des retardateurs de flamme conventionnels (polyphosphate d’ammonium et mélamine) avec des nanoparticules (argile organomodifiée). La réaction au feu des polylactides intumescents est fortement améliorée, en particulier avec l’ajout d’argile organomodifiée. Un mécanisme réactionnel expliquant la synergie se produisant entre l’argile organomodifiée et les retardateurs de flamme est proposé
The aim of this work is to enhance the physical and chemical properties and the fire reaction of polylactides for durable applications. A state of the art first reviews the properties and fire retardancy of polylactide. Then, a reactive extrusion process to polymerize L and D lactides monomers into various polylactides, including stereocomplexes polylactides (PLA), has been developed and optimized. The multibloc stereocomplexed polylactide shows enhanced properties compared to commercial PLA (increased fusion temperature and crystallinity rate), but less thermal stability due to residual catalyst of polymerization. Reactive extrusion process is thereafter updated in order to enhance thermal stability and to make PLA nanocomposites. The thermal stability is increased by catalyst deactivation with a ligand (α-tropolon). The polylactides filled with carbon nanotubes exhibit slight improvement in terms of fire retardancy. To overcome this issue, intumescent polylactides have been processed by combination of conventional fire retardants (ammonium polyphosphate and melamine) and nanofillers (organoclay). The fire retardancy of these materials is dramatically enhanced, especially when organoclay is used as synergist. A mechanism of action explaining synergy between fire retardant and organoclay is then proposed

Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet de recherche européen (Transfeu), composé de 21 partenaires, dédié à l'estimation des effets du feu sur les personnes présentes dans un train et basée sur une méthodologie de sécurité incendie. L'objectif est de modéliser le comportement au feu d'un siège (matériaux multicouches) et d'un panneau vertical (composite) d'une voiture de train indépendamment de la source de feu et du design de la voiture. Le principe est basé sur l'étude de la réaction au feu de deux produits par une approche multi-échelle (de l'échelle de la matière à l'échelle réelle). A chaque échelle, les données expérimentales et numériques sont comparées et valident les processus de décomposition thermique et de combustion mis en jeu. Les données d'entrée sont estimées selon des essais normalisés ou à partir de la littérature et sont identiques pour toutes les échelles. Les phénomènes de décomposition thermique et de combustion sont simulés à partir d'un modèle de pyrolyse et d'un modèle de combustion à fraction de mélange. Cette comparaison, à complexité croissante, permet d'observer la capacité des modèles de FDS de reproduire des simulations réalistes. Les résultats permettent de souligner les limites des modèles et de les dépasser en proposant des solutions alternatives.