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RÉSUMÉ
La maîtrise du comportement au feu des polymères est un enjeu très important puisqu'elle est intimement liée à la sécurité des personnes et des biens placés en situation d'incendie. L'utilisation de nanoparticules comme constituants de systèmes retardateurs de flamme constitue une méthode d'amélioration du comportement au feu des polymères. La réaction au feu des nanocomposites dépend du type de particules incorporées et de la qualité de leur dispersion dans la matrice. Les principaux effets observés sont une augmentation de la stabilité thermique et une réduction du pic de débit calorifique.
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The mastery of the fire reaction of polymers is a major challenge as it is intricately linked to the safety of persons and goods in the event of a fire. The use of nanoparticles as components of flame-retardant systems is a method in order to improve the fire reaction of polymers. The fire reaction of nanocomposites depends on the type of incorporated particles and the quality of their dispersion in the matrix. The principal effects observed are an increase in the thermal stability and a reduction of the heat-output peak.
Auteur(s)
-
José-Marie LOPEZ-CUESTA : Professeur à l'École des mines d'Alès - Directeur du Centre des Matériaux des Mines d'Alès
-
Laurent FERRY : Maître-Assistant HDR à l'École des mines d'Alès
INTRODUCTION
L'utilisation de nanoparticules comme constituants de systèmes retardateurs de flamme constitue l'une des méthodes innovantes permettant d'améliorer le comportement au feu des polymères. La réaction au feu des nanocomposites dépend du type de particules incorporées et de la qualité de leur dispersion dans la matrice, notamment grâce à des organo-modifiants. Les principaux effets observés sont une augmentation de la stabilité thermique et une réduction du pic de débit calorifique. Ces effets sont liés à des mécanismes tels que la réduction de la mobilité moléculaire, la modification des modes de dégradation ou encore la création de couches barrière à la surface des matériaux polymères.
The use of nanoparticles as components of flame retardant systems is an innovating way of improving polymer fire behavior. The fire reaction of nanocomposites depends on the type of incorporated particles and the quality of their dispersion, thanks particularly to organomodifiers. The main observed benefits are the increase of thermal stability and the reduction of the peak of heat release rate. These effects result from mechanisms such as molecular mobility reduction, change in degradation pathways or creation of barrier layer at the surface of polymeric materials.
matières plastiques, composites, tous secteurs, réaction au feu, nanocomposites, nanoparticules, retardateurs de flamme.
plastics, composites, all sectors, fire reaction, nanocomposites, nanoparticles, flame retardants.
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5. Application des systèmes retardateurs de flamme nanocomposites en câblerie
Les principales applications en volume des nanoparticules comme constituants de systèmes retardateurs de flamme concernent depuis 2000 le secteur de la câblerie (éthylène vinyl acétate, polyéthylène, silicones). D'autres secteurs industriels tels que ceux des équipements électriques et électroniques (réaction au feu des polyamides), ainsi que le secteur des transports (réaction au feu des résines polyester ou époxyde) utilisent également des composés retardateurs de flamme. Néanmoins, peu d'informations détaillées sont disponibles relativement à l'utilisation des nanotechnologies et nanoparticules, car la communication sur les nanoparticules apparait peu dans les stratégies de communication des utilisateurs finaux industriels. Pour autant, les producteurs de câbles ont manifesté un vif intérêt envers l'utilisation des silicates lamellaires organomodifiés, en vue notamment de pouvoir réduire le taux d'incorporation d'hydroxydes métalliques dans des formulations d'EVA ou de PE basse densité. Le trihydrate d'alumine (ATH), l'hydroxyde de magnésium (MH) et l'hydromagnésite (HM) sont les principaux retardateurs de flamme utilisés à des taux pouvant atteindre 65 % en masse, ce qui impacte significativement l'allongement au seuil d'écoulement et à la rupture. La stratégie des producteurs de câble est par conséquent de remplacer une fraction d'hydroxyde métallique par une fraction moindre d'AOM. Ces deux constituants sont à même de créer des structures cohésives susceptibles de limiter l'émission de volatiles en formant des résidus expansés et poreux, similaires aux structures intumescentes formées avec l'APP .
La société Kabelwerk Eupen (Belgique) a testé les performances dans des conditions industrielles de compounds comportant des nanoparticules. Ces compounds ont été transformés en utilisant des mélangeurs Buss. Une comparaison entre EVA/ATH (60 % ATH) et EVA/ATH/OMMT (5 % OMMT et 60 % ATH) a montré que pour une irradiance de 50 KW/m2,...
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Application des systèmes retardateurs de flamme nanocomposites en câblerie
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - TROITZCH (J.) - Plastics flammability handbook. - 3rd edition, Hanser Publishers, Munich (2004).
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(2) - HORROCKS (A.R.), PRICE (D.) - Fire retardant materials. - CRC Press, Boston (2001).
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(3) - WILKIE (C.A.), MORGAN (A.B.) - Fire retardancy of polymeric materials. - CRC Press, Boston (2010).
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(4) - TKAC (A.) - Radical processes in polymer burning and its retardation. - J. Polym. Sci. Pol. Chem., 19, p. 1475-1493 (1981).
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(5) - LYON (R.E.), WALTERS (R.N.) - Pyrolysis combustion flow calorimetry. - J. Anal. Appl. Pyrolysis, 71, p. 27-46 (2004).
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(6) - FENIMORE (C.P.), MARTIN (F.J.) - Flammability and sensitivity of materials in oxygen-enriched atmospheres. - Mod. Plast, 44, p. 141-148 (1966).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
* - http://www.minsocam.org/msa/collectors_corner/arc/nomenclaturecl1.htm
* - SIGMA® Life Sciences Where Bio begins™, édition 2011-2012 https://www.sigmaaldrich.com/FR/fr/life-science/about-us/innovation
* - http://www.ineris.fr/substances/fr/substance/getDocument/2711
HAUT DE PAGE
NF EN ISO 4589 (1996), Plastiques – Détermination du comportement au feu au moyen de l"indice d"oxygène (NF T 51071)
ASTM D 2863 (2010), Standard Test Method for Measuring the Minimum Oxygen Concentration to Support Candle-Like Combustion of Plastics (Oxygen Index)
ISO 5660 (2002), Essais de réaction au feu – Débit calorifique, taux de dégagement de fumée et taux de perte de masse
IEC 60695-11-10 (2003), Essais relatifs aux risques du feu – Partie 11-10 : Flammes d"essai – Méthodes d"essai horizontale et verticale à la flamme de 50 W
IEC 60332-3 (2000), Essais des câbles électriques soumis au feu – Partie 3-24 : Essai de propagation verticale de la...
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