Réaction au feu des nanocomposites

1 - Introduction

2 - Réaction au feu des polymères

• 2.1 - Combustion des polymères
• 2.2 - Propriétés liées à la réaction au feu des polymères
  Figure 2 - Évolution de la température au cours d'un incendie
• 2.3 - Caractérisation de la réaction au feu des polymères

  • Quiz d'entraînement
  Figure 3 - Schéma d'un microcalorimètre de combustion Figure 4 - Test UL94 vertical (IEC 60695-11-10) Figure 5 - Cône calorimètre Tableau 1 Tableau 2 Tableau 3 Tableau 4

3 - Nanocomposites et comportement au feu

• 3.1 - Types de nanoparticules et de nanostructures permettant d'améliorer la réaction au feu
  Figure 6 - Nanoparticules ou nano-objets dans les nanocomposites, selon ISO/TS 27687 Figure 7 - Structure de la montmorillonite Figure 8 - Structure intercalée (à gauche) et exfoliée (à droite) Figure 9 - Comparaison entre la réaction au feu suivie par le débit calorifique (heat release rate ) en fonction du temps de PA6 et de nanostructures intercalées et exfoliées pour des montmorillonites organo-modifiées introduites à un taux de 5 % en masse dans un polyamide 6 (d'après A.B. Morgan, Fire retardant Chemicals Association, Washington DC, USA) Figure 10 - Réaction d'élimination de Hoffmann Figure 11 - Structure des hydroxydes doubles lamellaires Figure 12 - Structure des POSS Tableau 5
• 3.2 - Mise en œuvre des nanocomposites
  Figure 13 - Méthodes de préparation de nanocomposites par la méthode de polymérisation in situ
• 3.3 - Influence des nanoparticules sur la dégradation thermique, la réaction au feu et les mécanismes associés

  • Quiz d'entraînement
  Figure 14 - Comparaison de la stabilité thermique de PMMA (polyméthylméthacrylate) pur et de PMMA comportant 5 % en masse de nanoparticules d'oxydes de fer (Cerac, diamètre médian 23 nm) ou de titane (Degussa P25, diamètre médian 21 nm) évaluée par analyse thermogravimétrique (mesure de la masse résiduelle en fonction de la température pour une vitesse de montée de 5 oC/mn) Figure 15 - Comparaison de la stabilité thermique d'une montmorillonite organomodifiée (OMMT, Cloisite 15A, Southern Clay, dimethyldihydrogenated tallow ammonium), de PMMA (polyméthylméthacrylate) pur, de PMMA comportant 10 % d'OMMT en masse et de 10 % de combinaisons équimassiques d'OMMT et de nanoparticules d'oxydes de fer ou de titane, évaluée par analyse thermogravimétrique (mesure de la masse résiduelle en fonction de la température pour une vitesse de montée de 5 oC/mn) Figure 16 - Processus de migration des nanoparticules d'argile vers la surface du matériau subissant l'ablation thermique avec formation de char Figure 17 - Structure du char cohésif formé lors de la dégradation d'éthylène vinyle acétate (EVA) comportant 3 % de NTC (à gauche, photo de la couche externe, à droite, cliché de microscopie électronique à balayage de couche interne (X50000) Tableau 6

4 - Systèmes retardateurs de flamme comportant des nanoparticules

• 4.1 - Avantages et limites des nanoparticules comme retardateurs de flamme
  Figure 18 - Structure intumescente formée au cours d'un essai au cône calorimètre
• 4.2 - Combinaison des argiles organomodifiées avec des composés phosphorés
  Figure 19 - Exemples de morphologies obtenues pour un nanocomposite ternaire, le polymère jouant le rôle d'agent de charbonnement étant représenté comme une phase dispersée Figure 20 - Formation de char par réaction d'hydroxydes doubles lamellaires et d'ammonium polyphosphate Figure 21 - Effet de l'incorporation d'une argile modifiée avec des ions phosphoniums et de triphényl phosphite dans un alliage PET/PC à 80 % en masse de PET. Le rapport 80:20 est conservé dans toutes les compositions. Le mélange de polymères est associé avec 5 % d'OMMT phosphorée (MMT-P) ou 4 % de triphényl phosphite (TPPi)
• 4.3 - Combinaison des argiles organomodifiées avec des minéraux hydratés

  • Quiz d'entraînement
  Figure 22 - Effet de synergie sur le débit calorifique par association de trihydrate d'alumine submicronique et d'alumine nanométrique dans une résine polyester insaturée

5 - Application des systèmes retardateurs de flamme nanocomposites en câblerie

6 - Conclusion et nouvelles tendances