Formulations innovantes pour la résistance au feu de systèmes actifs par addition physique et génération in situ de charges minérales

Innovative formulations for the fire resistance of active systems by physical addition and in situ generation of mineral fillers

• Auteur / Autrice : Busra Findik
• Direction : Véronique Bounor-Legaré, Christian Carrot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 24/11/2022
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ingénierie des Matériaux Polymères (Auvergne Rhône-Alpes ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Cassagnau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jocelyne Brendlé, Aurélie Taguet, Arnaud Poulesquen
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jocelyne Brendlé, Aurélie Taguet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Viscoélasticité

Polymères

Inflammabilité

Câbles électriques

Construction -- Matériaux -- Essais de comportement au feu

Mots clés libres

Résistance au feu

Procédé sol-gel

Silicate de magnésium

Extrusion réactive

Viscoélasticité

Fire resistant

Sol-gel process

Magnesium silicate

Reactive extrusion

Viscoelasticity

Résumé

L’un des enjeux majeurs de la société Nexans est de développer des câbles résistants au feu pour le bâtiment, l’industrie et les réseaux d’infrastructures. Dans ce contexte, un des systèmes développés est un câble électrique dit à isolation tricouche. Le principal désavantage du matériau composite entrant dans la composition de ce câble électrique est son taux de charges important, nécessaire pour obtenir un matériau répondant aux performances électriques et thermiques attendues. Ce haut taux de charges peut constituer un obstacle à la mise en œuvre du matériau du fait de la forte viscosité induite mais aussi détériorer ses propriétés finales comme la flexibilité et la dureté. La stratégie alternative développée visant à réduire le taux de charges introduit et ainsi à diminuer la viscosité des matériaux pour faciliter leur mise en œuvre a été de synthétiser directement les charges dans le polymère en voie fondue. Le procédé sol-gel par lequel une phase inorganique peut être générée in situ pendant le procédé d’extrusion grâce à l’utilisation de précurseurs inorganiques est particulièrement adapté. En effet, les précurseurs inorganiques pourront jouer le rôle de solvant ou plastifiant préalablement à leur réaction, permettant ainsi d’abaisser la viscosité du système complet. De ces observations découle l’objectif principal des travaux de cette thèse qui est de développer des matériaux résistants au feu en intégrant des charges générées in situ par extrusion réactive dans une matrice polymère pré-chargée.

One of Nexans' major challenges is to develop fire-resistant cables for buildings, industry and infrastructure networks. In this context, one of the systems developed is a three-layer insulated electric cable. The main disadvantage of the composite material used in the composition of this electrical cable is its high filler content, necessary to obtain a material that meets the expected electrical and thermal performance. This high filler rate can constitute an obstacle to the fabrication process of the material due to the high viscosity induced, but also deteriorate its final properties such as flexibility and hardness. The alternative strategy developed aiming to reduce the filler rate and thus reduce the viscosity of the materials to facilitate their implementation was to synthesize the fillers directly in the molten polymer. The sol-gel process by which an inorganic phase can be generated in situ during the extrusion process through the use of inorganic precursors is particularly suitable. Indeed, the inorganic precursors can play the role of solvent or plasticizer prior to their reaction, thus making it possible to lower the viscosity of the complete system. From these observations stems the main objective of the work of this thesis, which is to develop fire-resistant materials by integrating charges generated in situ by reactive extrusion in a pre-charged polymer matrix.