Étude de l’amélioration du comportement au feu de polymères thermoplastiques par utilisation d’alumines trihydratées modifiées et de charges de vitrification.

par Florian Cavodeau

Thèse de doctorat en Chimie et physico-chimie des matériaux

Sous la direction de José-Marie Lopez-Cuesta et de Christelle Delaite.

Soutenue le 17-12-2015

à Montpellier , dans le cadre de Sciences Chimiques (Montpellier ; École Doctorale ; 2015-....) , en partenariat avec Centre des Matériaux des Mines d'Alès (Alès) (laboratoire) .


  • Résumé

    Les matériaux polymères ont connu un essor considérable dans le milieu du bâtiment depuis de nombreuses années, du fait d'un large panel de propriétés. Ces matériaux sont cependant très sensibles à la température et peuvent être facilement inflammables, permettant le développement d'un incendie. Du fait de la mise en place de normes de plus en plus strictes, relatives à la sécurité vis-à-vis d'un feu, il est nécessaire de mettre au point des systèmes retardateurs de flamme de plus en plus performants.Le premier objectif de la thèse est d'étudier les mécanismes retardateurs de flamme de composites EVA/ATH, et en particulier l'effet barrière. La notion de compacité de la couche de particules a pu être mise en évidence via l'essai de compression oedométrique. La mesure de la résistance à la compression d'une poudre, ou d'un mélange, permet d'estimer l'efficacité de l'effet barrière dans le cas de composites EVA/ATH.Le second objectif s'est concentré sur la caractérisation de nouvelles charges pouvant améliorer le comportement au feu de l'EVA. Dans un premier temps, de la diatomite a été introduite, jouant le rôle d'agent de synergie avec l'ATH. Dans un second temps, de la colémanite et des fondants broyés ont été introduits afin d’améliorer la cohésion de la couche barrière et du résidu de combustion par vitrification. La colémanite s’est révélée être un retardateur de flamme efficace, du fait de la libération d’eau de façon endothermique, et d’une vitrification à haute température. Dispersés dans la masse, les fondants perturbent la formation de la couche barrière du fait de la coagulation des particules. En tant que couche supérieure d’un système coeur-peau, le fondant vitrifie lors du refroidissement de l’échantillon, assurant la cohésion du résidu, ainsi qu’un rôle de suppresseur de fumées.Finalement, le dernier objectif de la thèse est de traiter des ATH, afin d’améliorer les propriétés mécaniques et retardatrices de flamme de l’EVA. Des molécules de greffage ont été réalisées à partir de MAPC1. La présence d’un copolymère p(MMA-co-MAPC1(OH)2) à la surface des particules homogénéise la dispersion de l’ATH dans la matrice EVA, améliorant les propriétés d’allongement à la rupture du composite. Un homopolymère p(MAPC1(OH)2) permet également d’améliorer la dispersion et l’allongement à la rupture. De plus, les groupements phosphorés présents le long de la chaîne semblent capables d’agir en phase condensée en tant que promoteur de charbonnement, ainsi qu’en phase gazeuse par le biais de radicaux réactifs.

  • Titre traduit

    Study of fire behavior of thermoplastic polymers, using modified hydrated alumina (ATH) and vitrification fillers.


  • Résumé

    Polymeric materials are booming for many years in the building industry, due to a wide range of properties. However, those materials are particularly heat sensitive and may be easily flammable, contributing to the development of a fire. Because of the implementation of more strict standards related to fire safety, the elaboration of more and more efficient fire retardant systems is necessary.The first goal of this thesis is to study the fire retardant mechanisms of EVA/ATH composites, and particularly the barrier effect. The role of the packing fraction of the particles layer was assessed used the oedometric compression test. The measurement of the resistance to compression of a powder, or a combination, can be used to estimate the efficiency of the barrier effect for EVA/ATH composites.The second goal has focused on the characterization of new fillers in order to improve the fire behavior of the EVA copolymer. Firstly, diatomite was introduced as a synergistic agent with ATH. In a second time, ground colemanite and glass frits were introduced in order to improve the cohesion of the barrier layer and the residue of combustion by vitrification. Colemanite seems to be an efficient fire retardant, because of the endothermic reaction associated with the release of structural water, and a vitrification at high temperature. When the glass frits are introduced in EVA/ATH composites, the formation of the barrier layer is disrupted because of the coagulation of particles. As an upper layer in a skin-core structure, the glass frit vitrifies during the cooling of the sample, improving the cohesion of the residue and acting as a smoke suppressor.Finally, the last goal of this thesis was to functionalize ATH, to improve mechanical and fire retardant properties of EVA. Surface treatment molecules were synthetized, based on a phosphonated monomer, the MAPC1. The presence of a p(MMA-co-MAPC1(OH)2) copolymer at the surface of particles improves the filler dispersion in the matrix, enhancing the elongation at break. The grafting using a p(MAPC1(OH)2) homopolymer also improves the filler dispersion and the elongation at break. Moreover, the phosphorus based functions along the molecular chain, seem to act in condensed phase as a char promoter, and in gaseous phase by means of reactive radicals.


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