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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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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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Réaction au feu des polymères
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1. Introduction
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. Depuis la fin des années 1990, certaines des solutions traditionnelles permettant l'ignifugation des polymères ont été remises en cause en raison de problèmes sanitaires et environnementaux. Dans la même période, l'essor des nanotechnologies a permis le développement de nanomatériaux et ouvert la possibilité d'incorporer des additifs de taille nanométrique dans les polymères afin d'en améliorer les propriétés fonctionnelles. L'utilisation de nanoparticules comme constituants de systèmes retardateurs de flammes est alors apparu comme une alternative nouvelle et possible pour améliorer la réaction au feu des polymères. La réaction au feu des nanocomposites est devenue un sujet important, intéressant acteurs du monde académique et du monde industriel.
Ce dossier a pour objectif de présenter les différentes approches permettant l'amélioration du comportement au feu des polymères par la réalisation de nanocomposites. Après un bref rappel sur les grandeurs caractéristiques de la réaction au feu des polymères et les méthodes permettant de les mesurer, nous présenterons les différents types de nanoparticules ayant été utilisées pour modifier les propriétés de réaction au feu. Nous évoquerons les différents mécanismes d'action de ces nanoadditifs avant de décrire en détails les systèmes retardateurs de flammes dans lesquels ils ont été impliqués et les performances obtenues. Enfin, nous terminerons en présentant un exemple d'application des systèmes retardateurs de flamme nanocomposites dans le domaine de la câblerie.
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Introduction
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - TROITZCH (J.) - Plastics flammability handbook. - 3rd edition, Hanser Publishers, Munich (2004).
-
(2) - HORROCKS (A.R.), PRICE (D.) - Fire retardant materials. - CRC Press, Boston (2001).
-
(3) - WILKIE (C.A.), MORGAN (A.B.) - Fire retardancy of polymeric materials. - CRC Press, Boston (2010).
-
(4) - TKAC (A.) - Radical processes in polymer burning and its retardation. - J. Polym. Sci. Pol. Chem., 19, p. 1475-1493 (1981).
-
(5) - LYON (R.E.), WALTERS (R.N.) - Pyrolysis combustion flow calorimetry. - J. Anal. Appl. Pyrolysis, 71, p. 27-46 (2004).
-
(6) - FENIMORE (C.P.), MARTIN (F.J.) - Flammability and sensitivity of materials in oxygen-enriched atmospheres. - Mod. Plast, 44, p. 141-148 (1966).
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...
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 flamme des fils...
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