Добірка наукової літератури з теми "Mousses plastiques – 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

Une prise de conscience commune des facteurs environnementaux et plus particulièrement du réchauffement climatique rend urgent un meilleur contrôle de la consommation d'énergie. Une solution consiste à réduire les pertes d'énergie dans les bâtiments en utilisant de nouveaux matériaux d'isolation thermique efficaces tels que les mousses polyuréthanes. Ces mousses sont des matériaux très performants et compétitifs au regard des autres solutions existantes. Cependant, elles sont extrêmement inflammables en raison de leur nature organique. Les chercheurs et industrielles ajoutent alors des molécules appelées retardateurs de flamme (RFs) dans leur composition afin d’éviter le départ d’un incendie ou encore de diminuer l’intensité de la combustion lorsqu’un feu se déclare. C’est dans ce cadre que s’inscrit cette thèse dont l’objectif est d’étudier de manière systématique des mousses polyuréthanes (PUR) et polyisocyanurates (PIR). Le but est de proposer une démarche scientifique permettant un développement plus rapide et plus efficace de nouvelles formulations. Cette étude systématique a également été couplée à une étude multi-échelle du comportement au feu des mousses puisqu’un test à l’échelle du laboratoire a été développé: « le mini-SBI ». Les RFs étudiés dans ces travaux sont les RFs organiques phosphorés qui sont actuellement mis en avant afin de remplacer certains RFs halogénés qui pourraient être dangereux pour l’environnement et la santé. Les mécanismes de décomposition des mousses vierges et ignifugées ont été élucidés. Ainsi, dans le cas des RFs phosphorés, nous avons pu démontrer que leur mode d’action variait en fonction du degré d’oxydation du phosphore ainsi qu’en fonction de leur point de décomposition. De plus, l’efficacité des RFs varie également en fonction de la mousse utilisée (PUR ou PIR). Ces résultats pourront être mis à profit dans le développement de nouvelles formulations
A common awareness of environmental factors and more particularly of global warming makes it urgent to better control energy consumption. One solution is to reduce energy loss in building using new and efficient thermal insulation materials such as polymeric foams. Polyurethane (PUR) and polyisocyanurate (PIR) foams are very effective and competitive materials due to their low cost. However, these materials are extremely flammable due to their organic nature. Researchers and manufacturers add molecules called flame retardants (FRs) to their composition in order to prevent the outbreak of a fire or reduce the intensity of combustion when a fire breaks out. The objective of this PhD work is to study by systematic approaches the fire behavior of PUR and PIR foams. The aim is to propose a scientific approach allowing a quicker and more efficient development of new formulations. This systematic study was also coupled with a multi-scale study of the fire behavior of the foams, as a laboratory-scale fire test was developed (M-SBI), which allowed a quick and efficient examination of the formulations. The FRs studied in this work are phosphorus organic FRs which are currently promoted to replace some halogenated FRs which could be dangerous for the environment and health. The mechanisms of degradation of virgin and flame retarded foams were elucidated using various analytical tools. Thus, in the case of phosphorus FRs, we were able to demonstrate that their mode of action varied according to the phosphorus oxidation degree as well as according to their point of decomposition. Moreover, the efficiency of the FRs also varies according to the foam used (PUR or PIR). All these results can thus advantageously be exploited to propose future efficient flame retardants for specific systems to reduce the combustion intensity of the foams

Cette étude présente les mécanismes de dégradation et les procédés d'ignifugation des mousses de polyuréthane (PU). L'étude de la pyrolyse d'une mousse rigide de PU à l'aide d'outils de modélisation des données thermogravimétriques permet de détenniner les paramètres cinétiques associés à chaque étape de la décomposition et de prédire la stabilité du polymère sous des conditions isothermes. L'étude de la chimie du système en phase condensée et en phase gaz les résultats de la modélisation et propose des mécanismes de dégradation. En présence d'oxygène, la chimie de dégradation de la mousse rigide est modifiée, notamment par la formation d'espèces plus stables thermiquement jusqu' à des températures de l'ordre de 600ʿC. Il est également montré que les propriétés thermiques d'une mousse de PU dépendent fortement de la nature des constituants, ainsi les mousses rigides et les mousses souples présentent des stabilités thenniques totalement différentes. L'évaluation des propriétés feu des mousses souples de PU est réalisée par application de normes spécifiques. Des corrélations entre ces tests et les données du calorimètre à cône et de l'analyse thermogravimétrique sont mises en évidence. Ces corrélations pennettent la prévision du comportement au feu des mousses souples en considérant les données obtenues par calorimétrie par consommation d'oxygène. Dans une deuxième partie, les propriétés "retard au feu" d'une mousse de PU sont discutées en considérant la composition. Il est montré que la teneur en eau (et donc la densité) et la teneur en isocyanate sont des paramètres de la formulation de la mousse qui influent sur ses propriétés feu. Une étude bibliographique des différents systèmes retardant l'inflammation des mousses PU conduit à la sélection d'additifs appartenant à la famille des chloroalkylphosphates éventuellement associés à la mélamine. Une étude de la compréhension des modes d'action de ces systèmes est présentée, qui montre que la protection du polymère intervient à la fois par un mécanisme en phase gaz et en phase condensée. Cette étude a conduit au développement de fonnulation "retard au feu" efficaces, répondant ainsi aux exigences des fournisseurs de mousse PU et également à l'élaboration de programmes de modélisation de la stabilité thennique des matériaux polymères. Elle apporte également une contribution à la compréhension de la chimie de dégradation des mousses de PU et aux modes d'action des agents ignifugeants.

Le travail réalisé s'inscrit dans le cadre du projet "Compfeu" de l'Agence Nationale de la Recherche, qui vise à proposer des modèles de simulation de la décomposition thermique des principaux matériaux de l'habitat en cas d'incendie. La présente étude a comme objectif le développement d'un modèle de pyrolyse du polyméthacrylate de méthyle (PMMA). Notre démarche de travail est innovante au sein de la communauté internationale, car elle repose sur une démarche multi-échelles, tenant compte de l'évolution des propriétés thermiques, physiques et chimiques au cours de la décomposition du matériau. Notre travail a consisté à connaître les propriétés physico-chimiques de notre matériau. L'étude de la décomposition thermique du PMMA sous atmosphères inertes et oxydantes a été réalisée à l'échelle de la particule par l'intermédiaire d'analyses calorimétriques différentielles, d'analyses thermogravimétriques couplées à différents dispositifs d'analyse de gaz pour différentes vitesses de chauffage. La décomposition thermique du PMMA a été complétée par une étude à l'échelle du matériau à l'aide du cône calorimètre, couplé à une chaîne analytique. L'étude, à l'échelle de la particule, nous a permis de proposer un mécanisme de décomposition thermique du PMMA sous atmosphère inerte et sous atmosphère oxydante. La vitesse de chaque réaction de ce mécanisme est décrite par la loi d'Arrhenius. La détermination de ces paramètres stoechio-cinétiques a été réalisée par la méthode d'optimisation des algorithmes génétiques
The achieved work is part of the project "Compfeu" of the National Research Agency, which aims to provide models for simulating of the thermal decomposition of the main materials of the housing environment in case of fire. The present study aims to develop a pyrolysis model of the polymethylmethacrylate (PMMA). Our working approach is innovative in the international community, because it relies on a multi-scale approach, taking into account the evolution of the thermal, physical and chemical properties during the decomposition of the material. Our work was to know the physicochemical properties of our material. The study of the thermal decomposition of the PMMA under inert and oxidizing atmospheres was performed on the scale of the particle by means of differential scanning calorimetry, through thermogravimetric analysis coupled with various analytical devices for different heating rates. The thermal decomposition of PMMA was completed by a study on the scale of the material using the cone calorimeter, coupled with an analytical chain. The study, on the scale of the particle, has allowed us to propose a mechanism of thermal decomposition of PMMA in an inert atmosphere and under oxidizing atmosphere. The rate of each reaction mechanism is described by the Arrhenius law. The determination of these kinetics parameters and stoichiometric coefficient was performed by the optimization method of genetic algorithms

Ce travail se place dans le contexte changeant de l'industrie textile européenne qui, pour faire face à la perte de vitesse de son secteur traditionnel, cherche à développer sa filière des textiles techniques à plus forte valeur ajoutée. Les nanocomposites à matrice polymère argile et nanotubes de carbone (NTC) ayant déjà démontré leur potentiel dans d'autres domaines tels que, l'automobile ou l'emballage, ceux-ci ont plus particulièrement attiré l'attention de la filière textile pour y être adaptés à la fabrication de fibres et étoffes. Dans cette étude, le filage par voie fondue a été évalué pour permettre la formation de fibres textiles nanocomposites polymère/argile et polymère/NTC Une étoffe maillée à propriété retardatrice de flamme polymère/NTC a d'ailleurs pour la première fois été réalisée. De plus, une nouvelle méthode de caractérisation des nanocomposites a été mise en place afin de faciliter l'analyse de leur morphologie. Cette méthode utilise un fluorochrome et la microscopie confocale à fluorescence, et permet une analyse 3D d'un large volume de nanocomposites. Cette méthode nous a permis d'évaluer de manière rapide de nouveaux surfactants et traitements de surface à base de liquides ioniques trialkylimidazolium, respectivement pour les argiles et des nanotubes NTC, afin que ceux-ci soient plus aptes à former un nanocomposite par voie fondue.

La câblerie est un secteur industriel gros consommateur de polymères. Dans ce domaine, les normes imposent cependant de limiter le risque incendie et donc d'ignifuger les matériaux polymères utilisés, sources importantes de combustibles. De nombreux travaux ont porté sur leur ignifugation par utilisation d'additifs retardateurs de flammes, mais peu d'entre eux ont étudié l'influence de la morphologie des mélanges polymères chargés sur la stabilité thermique et le comportement au feu. Cette thèse fait suite à un précédent projet qui avait démontré une influence significative de la morphologie sur le comportement au feu d'un mélange polymère binaire (PC/PBT). Elle a pour but d'améliorer la compréhension de cette influence dans le cas de formulations plus complexes (ternaires ou quaternaires) à matrice éthylène méthylacrylate (EMA). Pour cela, la première stratégie adoptée a été l'identification d'un système ignifugeant comprenant un polyester capable de charbonner lors de l'ajout d'un RF. Une fois ce système identifié (PBT+MDH), il a été incorporé en matrice EMA en faisant varier la composition et la morphologie (dispersion sélective, taille des particules…). Cette approche a mis en évidence des différences significatives entre les différentes formulations et des résultats très intéressants ont été obtenus en termes de réaction au feu à l'échelle laboratoire. Cependant, le passage à l'échelle pilote (test de propagation de flamme) n'a pas permis de valider ces formulations pour des applications câbles. Au vu de ces constatations, une dernière partie a été proposée pour essayer d'améliorer la cohésion du résidu par ajout de polyphosphate d'ammonium
The cable industry is a major consumer of industrial polymers. In this area, the standards impose to limit the fire risk and thus to enhance the fireproof of the polymeric materials which are important sources of fuel. Many studies have focused on their flame retardancy by using additive flame retardants, but few of them have studied the influence of the morphology of filled polymer blends on the thermal stability and the fire behavior. This thesis follows a previous project which demonstrated a significant influence of the morphology on the fire behavior of a binary polymer blend (PC / PBT). It aims to improve the understanding of this influence in the case of more complex formulations (ternary or quaternary) with ethylene methylacrylate (EMA) matrix. The first strategy was the identification of a flame retardant system including polyester that is able to char when a flame retardant is added. Once the system is identified (PBT + MDH), it was incorporated in EMA matrix by varying the composition and the morphology (selective dispersion, particle size ...). This approach showed significant differences between the different formulations and very interesting results have been obtained in terms of fire reaction at the laboratory scale. However, the scale-up approach (flame spread test) did not validate these formulations for cables applications. Therefore, the last part has been proposed to try to improve the cohesion of the residue by adding ammonium polyphosphate

Le feu est à la cause des pertes en vies humaines et des dégâts matériels considérables. En cas d’incendie dans un système fermé tel que les bâtiments, navires, ou avions, un feu doit être compartimenté et sa propagation restreinte afin de sauver des vies et des biens en laissant le temps aux personnes d’évacuer. Afin d’y arriver, une barrière de feu ayant une très faible inflammabilité qui limiterait la propagation du feu doit être conçu et assemblé. L’objective de ce travail de thèse est de fournir les bases fondamentales pour la conception de barrières feu efficace quand ils subissent une contrainte thermique. En se basant sur la compréhension du comportement au feu de matériaux de références c.-à-d. le silicate de calcium, la mousse de mullite à cellules fermées, la mousse phénolique, et un revêtement intumescent à base de silicone, des tests feux avec un flux radiant externe basé sur la norme ISO 5660 du cône calorimètre sont effectués. En parallèle, des modèles numériques sont développés afin de prédire le comportement au feu de ces barrières feu. Leurs domaines d’application ainsi que leurs limites sont expliqués. Les propriétés physiques d’entrées requises pour alimenter les modèles sont obtenus soit par mesure directe par analyse thermique, soit de la littérature. Par ailleurs, des études de sensibilité sont effectués afin d’identifier les paramètres essentiels qui contrôlent le comportement au feu des matériaux de référence. Les modèles numériques sont ensuite appliqués à la conceptualisation de nouvelles barrières feu grâce à la méthodologie basée sur le "performance-based design" ainsi que l’optimisation. Enfin, après les étapes de conception et les études de sensibilité, les règles fondamentales sur la conceptualisation de barrières de feu pour un scenario feu précis en accord avec des normes définies sont énoncées
Fire causes injuries, the loss of lives and property. In the case of a fire in an enclosed system such as buildings, naval ships or aircraft, the fire should be compartmentalized and restricted from spreading from one point to another in order to save lives and property as well as give people enough time to evacuate. To accomplish this, fire barriers exhibiting low flammability and limiting fire spread need to be designed and assembled. The aim of this PhD is to provide with the fundamentals on how to design efficient fire barriers when subjected to a thermal stress. Based on understanding the fire behavior of selected reference fire retardant materials i.e. calcium silicate, closed-cell mullite foam, phenolic foam and a silicone-based intumescent coating, fire tests using the external radiant heat flux from the ISO 5660 cone calorimeter are conducted. At the same time, numerical models are developed to predict the fire behavior of these fire barriers and their applicability as well as limitations are explained. The input materials properties to run the numerical models are obtained from both direct measurements and from the literature. In addition, sensitivity studies are conducted in order to identify the governing parameters that control the fire behavior of the reference fire resistant materials. The numerical models are then used for the conceptualization of innovative fire safe materials based on the performance-based design process and optimization. Finally, based on the sensitivity studies and the conceptualization process, fundamental rules on how to make an efficient fire barrier in order to meet certain requirements in a given fire scenario are clearly stated

Cette étude s’intéresse aux procédés d’ignifugation d’un thermoplastique, le polyamide 6 (PA6), et plus particulièrement à l’ajout en masse d’un retardateur de flamme (RF) minéral : le dihydroxyde de magnésium (MDH). L’objectif de ce projet consiste à remplacer le retardateur de flamme d’une formulation existante, constituée de PA6 renforcé fibres de verre (FV) et ignifugée à l’aide de cyanurate de mélamine, pour des raisons sanitaires et environnementales, en vue d’une application dans le domaine électrotechnique. Dans un premier temps, du MDH, avec ou sans traitement de surface, est étudié dans un mélange PA6 18%FV 40%RF et l’utilisation de la charge présentant un traitement de surface vinylsilane s’est avéré particulièrement efficace en terme d’amélioration du comportement au feu. Les mécanismes d’ignifugation furent étudiés et révèlent que le traitement de surface agit comme un comptabilisant et un agent dispersant, ce qui permet d’avoir une meilleure action en phase condensée. Comme de grandes quantités de MDH sont nécessaires pour obtenir de bonnes propriétés feu, ce qui altère les propriétés mécaniques, la diminution du taux de fibres de verre a été considérée dans un second temps. Il a été démontré que les fibres de verre participent à la formation de la phase condensée engendrée par la déshydratation du MDH en augmentant son efficacité. Dans un troisième temps, l’influence de l’ajout de dioxyde de titane, utilisé comme pigment blanchissant, fut étudié. Il a été suggéré que le TiO2 engendrait le clivage des chaines de PA6 durant la mise en œuvre et durant la combustion du matériau, mais que la mesure de cet effet dépend de la composition du mélange
This study deals with the fireproofing of a thermoplastic, polyamide 6 (PA6), especially with the addition of a mass of flame retardant (FR) mineral: magnesium dihydroxide (MDH). The objective of this project is to replace the flame retardant of an existing formulation, consisting of polyamide 6 reinforced with glass fibers (GF) and fire retarded with melamine cyanurate, for electrotechnical applications. Initially, the MDH, with or without surface treatment, is studied in a mixture PA6 18% GF 40% FR and the use of the filler treated with vinylsilane was particularly effective in terms of fire performances. Fireproofing mechanisms were studied and show that the surface treatment acts as a compatibilizing agent and as a dispersing agent which allows a better action in the condensed phase. As large quantities of MDH are needed to obtain good fire properties, which alters the mechanical properties, the reduction of the glass fiber content was considered in a second time. It has been shown that glass fibers contribute to the formation of the condensed phase generated by the dehydration of MDH by increasing its effectiveness. Thirdly, the influence of the addition of titanium dioxide used as a whitening pigment was studied. It was suggested that TiO2 induced the cleavage of polyamide 6 chains during processing and during combustion of the material, but that the extent of this effect depends on the composition of the formulation

Cette étude s’intéresse aux procédés d’ignifugation d’un thermoplastique, le PolyButylène Téréphthalate (PBT), et plus particulièrement à l’ajout en masse de retardateurs de flamme à base de phosphore. L’objectif de ce projet consiste à mettre au point une formulation PBT renforcée avec des fibres de verre et ignifugée en vue d’application dans le domaine électrique et électronique. Dans un premier temps, les propriétés au feu de différents additifs combinés à un sel de diethylphosphinate d’aluminium commercial sont évaluées. Différents sels de phosphinate dérivés de l’acide carboxyethyl(methyl)phosphinique ont par ailleurs été synthétisés puis testés, soit seuls ou combinés à des additifs retardateurs de flamme. Deux systèmes retardateurs de flamme, l’un consistant en un mélange RDP bentonite - diethylphosphinate d’aluminium, l’autre en un mélange RDP bentonite - phenyl amide carboxyethyl(methyl)phosphinate d’aluminium, se sont avérés particulièrement efficaces en terme d’amélioration du comportement au feu du PBT renforcé. Les mécanismes d’ignifugation de ces systèmes ont été étudiés et comparés. Il a été démontré que les deux sels de phosphinate présentaient un mode d’action essentiellement en phase gaz, en libérant des espèces acides phosphiniques agissant comme inhibiteurs des réactions de combustion. Concernant le sel de phosphinate commercial, la libération d’acides phosphiniques s’effectue par interaction chimique entre l’additif et le PBT. A l’inverse, le sel de phosphinate synthétisé au laboratoire semble n’interagir que modérément avec le polymère
This study deals with the formulation of an innovative flame retardant material based on glass fiber reinforced PolyButylene Terephthalate (PBT/GF) used in Electronic and Electrical Equipments (EEE). In a first approach, the flame retardant properties of various additives in combination with the commercial aluminium diethylphosphinate are evaluated in PBT/GF. In a second approach, a variety of phosphinate salts derived from carboxyethyl(methyl)phosphinic acids are synthesized and then tested alone or in combination with FR additives. Two innovative flame retardant systems, namely the combination of Resorcinol bis-Diphenyl Phosphate (RDP) modified bentonite clay with either the aluminium diethylphosphinate or the aluminium phenyl amide of carboxyethyl(methyl)phosphinate, were found to greatly improve the fire behavior of PBT/GF. The FR mechanism of flame retardants were investigated and compared. Both phosphinate salts from the innovative systems mainly act through a gas phase mode of action by releasing phosphinic acids. Regarding the commercial product, the release of phosphinic acid occurs due to chemical interaction between the phosphinate salt and the PBT matrix while the synthesized product only moderately interacts with the polymer