Elaboration et caractérisation fonctionnelle de matériaux polymères intumescents : application aux textiles de recouvrement

par Nizar Didane

Thèse de doctorat en Mécanique, Energétique et Matériaux

Sous la direction de Éric Devaux et de Stéphane Giraud.

Soutenue le 09-10-2012

à Lille 1 , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Lille) , en partenariat avec Laboratoire de génie et matériaux textiles (Roubaix, Nord) (laboratoire) .

mots clés

• Nanocharges -- Propriétés thermiques
• Polyéthylène térephtalate
• Intumescence (chimie)
• Ignifugeants
• Matières plastiques -- Extrusion
• Textiles et tissus à usages techniques

Résumé

Ce travail se place dans le contexte de développement de nouveaux textiles ignifugés dédiés au recouvrement de sièges pour le secteur ferroviaire. Il porte plus particulièrement sur l’amélioration des propriétés au feu du poly (éthylène téréphtalate) (PET) par addition en voie fondue de retardateurs de flammes. Un mélange synergique d’additifs basé sur la littérature a été sélectionné (phosphinates de zinc et nanocharges OctaMethyl POSS) et a permis l’élaboration de multifilaments en PET ignifugé avec une teneur en additifs d’environ 10 % en masse. D’autres systèmes ignifugés à base de phosphinates de zinc ou d’aluminium et différents POSS ont été également étudiés. Les matériaux élaborés ont montré des comportements au feu distincts qui semblent liés d’une part à la dégradation thermique des nanocharges et les composés qu’ils libèrent et d’autre part aux réactions entre les POSS et le métal présent dans les additifs phosphorés. L’élaboration de multifilaments à taux de charges élevés (20 % en masse) a été étudiée avec des phosphinates de zinc ou d’aluminium qui sont respectivement fusibles et infusibles. Les modifications du comportement rhéologique du PET en présence des additifs ont étaient diminuées par l’incorporation du poly (butylène téréphtalate) (PBT). Des travaux sur l’ignifugation des textiles par mélange de fibres ou par enduction ont été menés et ont conduit à des résultats intéressants et complémentaires à l’étude par voie de filage. Les aspects de compatibilité et d’état de dispersion entre additifs et polymère et leur impact sur les propriétés physiques des matériaux fibreux ont été également étudiés.

Titre traduit

Elaboration and functional characterization of intumescent polymeric materials : application to covering textiles

Résumé

This work is dealing with the development of fire resistant covering textiles for railway field. It particularly concerns the improvement of poly (ethylene terephthalate) (PET) fire properties by melt blending fire retardants. Based on literature, a synergistic blend of additives has been selected (zinc phosphinates and OctaMethyl POSS nanofillers) and processed into PET multifilaments with 10% of loading content. Other fire resistant systems combining zinc or aluminium phosphinates with different POSS has been also studied. The developed materials showed distinct fire behaviours which could be related in one hand, to the released species of POSS through thermal degradation and on the other hand, to reactions between POSS and the metal element on the phosphorus-containing agent. The elaboration of highly loaded multifilaments (20 wt.%) has been studied with zinc or aluminium phosphinates which are respectively fusible and infusible. Rheological modifications occurred when fillers are added to PET and incorporation of poly (butylene terephthalate) (PBT) diminished the observed phenomena. Works on textile fire retardancy by fibres blending or back coating has been led and gave interesting results. Compatibility and dispersion state of fillers on polymer and their impact on the fibrous materials physical properties has been also studied.