Etude du processus retardateur de flamme induit par la carbonisation ablative de matériaux polymères : application aux matériaux intumescents

Ablative carbonisation of polymeric materials, a fire retardancy process applied to intumescent materials : models, prospective studies and applications

• Auteur / Autrice : Michel Le Bras
• Direction : Jean-Marie Leroy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences physiques
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Lille 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polymères

Intumescence (chimie)

Ignifugeants

Résumé

La formulation d'un nouveau matériau polymère dont l'inflammation est retardée par un processus de carbonisation superficielle de type ablatif, en particulier l'intumescence, est étudiée en considérant la protection et l'intérêt économique du matériau. La première partie (tome 1) concerne des matériaux modèles. La caractérisation des carbones protecteurs nécessite des techniques analytiques utilisées classiquement avec les charbons fossiles (XRD, diffusion Raman et XPS), les polymères (RMN du #1#3c et du #1h des solides, RPE, absorption IR) et les phosphates (RMN du #3#1p des solides). Le revêtement carbone intumescent est un système catalytique : espèces acides minérales supportées par une charpente carbonée (polyaromatiques pontes par des motifs polymères). L'exploitation des données cinétiques, obtenues dans les conditions quasi-réelles d'un incendie, valide un modèle unidirectionnel de dégradation qui explique les performances des matériaux en terme de flux de chaleur. Dans la seconde partie (tome 2), la performance retard de flamme (fr) d'une formulation thermoplastique intumescente ou carbonisante est expliquée par le comportement antagoniste ou en synergie des adjuvants associés et la composition de la matrice polymère.

Les caractéristiques chimiques (acidité, teneur en radicaux libres) ou physico-chimiques (organisation de la phase amorphe, structure du carbone, présence d'espèces cristallisées) expliquent la performance fr. L'intérêt de l'association d'adjuvants phosphates ou borates à des agents dérivés de la silice et d'une fonctionalisation du polymère est prouvé. Des associations de polymères, qui comprennent au moins une résine apte à la carbonisation et qui évitent le phénomène de rejet (exsudation) des adjuvants, se substituent aux agents de carbonisation classiques (polyols) avec des performances fr comparables. Ces nouveaux matériaux intumescents, de coûts égaux voire inférieurs à ceux actuellement utilisés, sont en cours de développement industriel.