Ignifugation de matériaux polyuréthanes pour application en milieu marin

par Julien Delcroix

Thèse de doctorat en Chimie et Physico-Chimie des Matériaux

Sous la direction de José-Marie Lopez-Cuesta.

Soutenue le 04-02-2020

à l'IMT Mines Alès , dans le cadre de École Doctorale Sciences Chimiques (Montpellier ; 2015-....) , en partenariat avec PCH Polymères, composites, hybrides (laboratoire) .

Le président du jury était Jean-Jacques Robin.

Le jury était composé de José-Marie Lopez-Cuesta, Marianne Cochez, Frédéric Jacquemin, Anne Bergeret, Pierre Rublon.

Les rapporteurs étaient Marianne Cochez, Frédéric Jacquemin.

mots clés

• Polyuréthane
• Milieu marin
• Ignifugation

Résumé

Les élastomères de polyuréthane sont des matériaux polymères présentant des propriétés mécaniques et acoustiques particulièrement intéressantes. Ils sont également la faculté (en fonction de la formulation) d'avoir une bonne tenue en milieu marin. Cependant, ces matériaux sont inflammables et sont à même de provoquer de lourds dégâts en cas d'incendie de par la chaleur libérée lors de la combustion mais aussi en raison de coulures abondantes. L'objectif de cette thèse est donc d'améliorer la réaction au feu de ces matériaux tout en conservant au mieux ses propriétés mécaniques et acoustiques. La solution mise en place doit également résister à l'environnement marin pendant plusieurs années. Afin d'ignifuger notre matériau, différents retardateurs de flamme ont été incorporés dans la matrice en combinaison avec des nanoparticules. Ces formulations ont permis d'améliorer significativement la réaction au feu du polyuréthane via une réduction importante du débit calorifique maximal et un allongement conséquent du temps de combustion. L'impact des constituants retardateurs de flamme sur les propriétés mécaniques a été évalué. Les résultats ont ainsi montré une augmentation de la plasticité du matériau tout en restant acceptable pour l'application. De même, une légère diminution de l'amortissement a été observée en analyse mécanique dynamique. Cette modification de comportement n'est cependant pas critique pour l'application. Enfin, le vieillissement des formulations a été étudié en immergeant les matériaux dans de l'eau de mer synthétique à différentes températures. Les résultats ont montré un bon comportement (réaction au feu et propriétés mécaniques après vieillissement, prise en eau) de certaines formulations au cours de l'immersion. En revanche, une modification de la matrice en présence de certains composés ignifugeants a été constatée pour des températures de vieillissement de l'ordre de 70°C.

mots clés

• Marine
• Polyurethane
• Proofing

Titre traduit

Polyurethane products proofing applications for marine

Résumé

Polyurethane elastomers are polymerics materials widely used. They exhibit good mechanicals and acousticals properties as well as excellent marin environment resistance. However, this kind of material is easily flammable and can produce a lot of heat and drips during conbustion. The aim of this thesis work is to improve polyurethane fire reaction without drastically change acousticals and mechanicals properties. The flame retardant system must be able to withstand to marine environment during several years. To obtain a fireproof material, flame retardants and nanoparticles were used. These formulations allow to greatly reduce peak heat release rate and to increase the combustion time of our material. Impact of flame retardants on mechanical properties was studied and a greater plasticity was observed. A slight reduction of damping was seen too but these results are not incompatible with the application. To conclude, formulations ageing was studied by immersion in synthetic sea water which differents temperatures. A good behaviour (fire reaction and mechanical properties after ageing, water intake) of some formulations was observed. In contrast, a matrix modification in the presence of flame retardants was noted for high temperatures (70°C).