Introduction
Le polychlorure de vinyle (PVC) est utilisé dans de nombreuses applications soumises à des exigences accrues en matière de sécurité incendie, telles que les câbles électriques, les produits de construction et les composants plastiques techniques. En raison de sa teneur élevée en chlore, le PVC présente un retardateur de flamme intrinsèque relativement bon, ainsi qu'une formation de résidus distincte lors de la Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition thermique par rapport à de nombreux autres thermoplastiques.
Cependant, la production de fumée pose un problème de sécurité particulier en cas d'incendie. Une fumée dense peut réduire considérablement la visibilité et compliquer les efforts d'évacuation.
En outre, les produits de Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition gazeux et particulaires contenus dans la fumée peuvent présenter des risques pour la santé des personnes et du personnel d'urgence.
Pour réduire spécifiquement la production de fumée, la composition des matériaux en PVC est souvent soigneusement ajustée.
La calorimétrie à cône, conformément à la norme ISO 5660-1, est l'une des méthodes établies pour évaluer quantitativement le comportement au feu des matériaux. Considérée comme l'une des méthodes de laboratoire les plus significatives pour l'analyse expérimentale des processus d'incendie, elle fournit des paramètres reproductibles pour le comportement à l'allumage, le dégagement de chaleur, la production de fumée et la perte de masse dans des conditions de flux thermique définies.
Cette note d'application présente les résultats d'essais pour quatre matériaux à base de PVC. Un échantillon sert de référence, tandis que les variantes A, B et C représentent des formulations modifiées conçues pour réduire le dégagement de fumée. L'étude vise à comparer le comportement au feu et à la fumée de ces matériaux dans des conditions d'essai identiques à l'aide de la calorimétrie conique.
Conditions de mesure
Les essais ont été réalisés à l'aide du calorimètre à cône NETZSCH TCC 918 (voir figure 1), conformément à la norme ISO 5660-1. Il s'agit d'un dispositif d'essai bien établi pour effectuer des analyses expérimentales du comportement du feu dans des conditions définies de flux de chaleur.
Les échantillons ont été positionnés horizontalement et soumis à une densité de flux thermique constante de 50 kW/m². Pendant la mesure, le taux de dégagement de chaleur (HRR)1, la perte de masse et les paramètres décrivant la génération de fumée, en particulier le taux de production de fumée (SPR) et le dégagement total de fumée (TSR), ont été enregistrés en continu.
Les principaux paramètres d'essai sont résumés dans le tableau 1.
1Letaux de dégagement de chaleur est une mesure de l'intensité d'un incendie et de la vitesse à laquelle la chaleur est libérée (kW/m²).
Tableau 1 : Conditions de mesure
| Porte-échantillon | Horizontal |
| Flux de chaleur | 50 kW/m2 |
| Débit de chaleur nominal | 24.0 l/s |
| Distance par rapport au cône de chauffe | 25 mm |
| Masse de l'échantillon | 42.8 g - 51,5 g |
La figure 2 montre les échantillons dans le porte-échantillon avant la mesure.
Comportement à l'allumage et dégagement de chaleur
Tous les matériaux testés se sont enflammés dans un délai d'environ 16 à 20 secondes. Ce comportement à l'allumage est typique des systèmes en PVC soumis à une densité de flux thermique externe de 50 kW/m².
Dans l'ensemble, les taux de dégagement de chaleur restent à un niveau modéré (figure 3). Les principales différences sont évidentes au niveau du taux de dégagement de chaleur maximal (HRRmax). Le matériau de référence présente le HRRmax le plus élevé, tandis que la variante A présente le plus faible.
Dans l'ensemble, cependant, les différences sont limitées, ce qui signifie que le comportement de base de la combustion des systèmes en PVC examinés peut être considéré comme comparable. Cela suggère que les modifications du matériau influencent principalement le comportement des fumées, tandis que les processus de combustion de base restent largement inchangés.
La production de fumée, un paramètre clé de différenciation
La figure 4 montre que les différences les plus marquées entre les matériaux testés sont évidentes au niveau de la production de fumée.
Le matériau de référence (courbe noire) présente le dégagement total de fumée (TSR2) le plus élevé, tandis que la variante (courbe verte), en particulier, présente une émission de fumée nettement plus faible. Par rapport au matériau de référence, le dégagement total de fumée est réduit d'environ 43 %.
La réduction du dégagement de fumée peut améliorer la visibilité en cas d'incendie, ce qui facilite l'évacuation et les interventions d'urgence. Dans les scénarios d'incendie réels, la réduction de la production de fumée peut aider à maintenir plus longtemps des conditions de visibilité critiques, augmentant ainsi le temps d'évacuation disponible.
Outre le dégagement total de fumée, le taux de production de fumée (SPR) indique la vitesse à laquelle la fumée est dégagée pendant le développement d'un incendie. Ce paramètre est important pour la sécurité car il influence la rapidité avec laquelle des conditions de visibilité critiques peuvent apparaître en cas d'incendie.
Malgré des temps d'allumage comparables et des taux de dégagement de chaleur similaires, les matériaux présentent des différences significatives dans leur comportement vis-à-vis de la fumée. Les résultats démontrent que des modifications ciblées des matériaux peuvent réduire de manière significative le dégagement de fumée sans altérer sensiblement le comportement fondamental de la combustion des systèmes en PVC.
le2TSR(dégagement total de fumée) fait référence à la quantité cumulative de fumée produite pendant la combustion et est dérivé des mesures de la transmittance de la lumière laser, évaluée sur la base de l'atténuation de la lumière selon la loi de Bouguer-Lambert.
Perte de masse
La perte de masse relative décrit la dégradation thermique des matériaux pendant l'exposition au feu et permet de tirer des conclusions sur leur comportement en matière de Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition.
Le matériau de référence présente la perte de masse relative la plus élevée, soit 23,95 %. En revanche, les variantes A à C présentent des valeurs très similaires d'environ 16,45 % (figure 5).
La courbe de perte de masse en fonction du temps est généralement comparable, ce qui suggère que les matériaux subissent une Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition thermique similaire. Cependant, la perte de masse plus faible des variantes modifiées indique une plus grande formation de résidus pendant la combustion.
Une formation accrue de résidus peut réduire la quantité de produits de PyrolyseLa pyrolyse est la décomposition thermique de composés organiques dans une atmosphère inerte.pyrolyse volatils et donc influencer la production de fumée. La formation prononcée de résidus est caractéristique des systèmes en PVC et est souvent associée à des composants inorganiques, ainsi qu'à des processus de carbonisation, pendant l'exposition au feu.
État des échantillons après la mesure
Une fois les mesures terminées, les échantillons présentaient de nettes différences dans la structure et la stabilité des résidus restants (voir figure 6). Alors que tous les matériaux présentaient une carbonisation caractéristique, l'étendue et la structure superficielle des résidus différaient entre le matériau de référence et les variantes modifiées.
Ces différences reflètent les variations observées précédemment dans la dégradation du matériau et l'émission de fumée. Notamment, les variantes modifiées présentent parfois des structures de résidus plus compactes, ce qui pourrait indiquer une Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition thermique altérée et une plus grande stabilisation du matériau restant pendant l'exposition au feu. Ces observations sont cohérentes avec les différences de perte de masse et de dégagement de fumée évoquées précédemment.
Résumé
La calorimétrie à cône a révélé des différences significatives dans le comportement des fumées des matériaux PVC étudiés, alors que le comportement à l'allumage et les taux de dégagement de chaleur sont restés largement comparables dans des conditions d'essai identiques. Tous les matériaux se sont enflammés dans un délai d'environ 16 à 20 secondes et ont présenté des taux de dégagement de chaleur modérés.
La différence la plus significative entre les matériaux testés a été observée dans le développement de la fumée. En particulier, la variante B a présenté un dégagement de fumée total significativement réduit, atteignant une réduction de 43 % par rapport au matériau de référence. La réduction des émissions de fumée peut améliorer la visibilité en cas d'incendie, ce qui facilite les procédures d'évacuation et le travail du personnel d'urgence.
Les variantes modifiées ont également présenté des valeurs de perte de masse inférieures à celles du matériau de référence. Cela indique une formation accrue de résidus au cours de la combustion, qui peut être associée à une libération moindre de produits de Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition volatils, et donc à une réduction de la production de fumée.
Ces résultats démontrent que des ajustements ciblés de la composition du matériau peuvent influencer de manière significative le comportement au feu et à la fumée des systèmes en PVC. La calorimétrie à cône permet une caractérisation quantitative reproductible des paramètres clés de l'incendie dans des conditions d'essai définies.
Le calorimètre à cône NETZSCH TCC 918 offre donc une méthode puissante pour l'évaluation comparative de différentes formulations de matériaux et soutient les processus de développement visant à optimiser le comportement au feu et à la fumée des matériaux polymères.