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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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6. Conclusion et nouvelles tendances
Après avoir exposé les propriétés relatives à la réaction au feu des matériaux polymères et les principaux essais visant à les évaluer, cet article a abordé les principaux types de nanoparticules présentant un intérêt pour améliorer le comportement au feu des matrices polymères. Il apparait que les modes de mise en œuvre sont essentiels afin d'obtenir les nanostructures, qui sont nécessaires à l'obtention d'améliorations significatives pour des propriétés liées à la réaction au feu, particulièrement la réduction du débit calorifique maximal lors de la combustion. Pour autant, l'obtention de performances comparables à celles de retardateurs de flamme performants requiert de combiner des nanoparticules en association avec d'autres constituants dans des systèmes retardateurs de flamme originaux, permettant notamment de remplacer ceux comportant des retardateurs de flamme halogénés, en voie d'interdiction en Europe occidentale. Les nouvelles tendances dans l'utilisation de nanoparticules dans les systèmes retardateurs de flamme sont liées au développement de nouveaux types de nanoparticules, notamment de nanoparticules fonctionnalisées en surface afin de leur conférer une meilleure réactivité avec les autres constituants de systèmes retardateurs de flamme.
L'incorporation de nanoparticules capable de produire des effets de synergie dans des systèmes FR est essentielle pour progresser dans l'obtention de matériaux polymères présentant des performances accrues en réaction au feu. Une voie innovante peut consister à greffer des composés retardateurs de flamme à la surface des nanoparticules, notamment des composés phosphorés pouvant interagir avec d'autres constituants présents dans la matrice .
De nouvelles méthodes visant à produire les nanostructures peuvent également être envisagées, notamment par des méthodes de dépôt en surface ...
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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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