Introduction
Le polypropylène (PP) est un thermoplastique à la fois important sur le plan économique et facile à mettre en œuvre, qui offre un large éventail d’applications. Cependant, en raison de son inflammabilité relativement élevée, son utilisation dans les applications exigeant une sécurité incendie renforcée est limitée.
Une stratégie bien établie pour améliorer le comportement au feu consiste à utiliser des proportions élevées de charges minérales. En cas d’incendie, celles-ci peuvent agir comme une barrière thermique, réduisant le dégagement de chaleur et ralentissant le processus de Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition tout en contribuant à la formation de structures résiduelles stables.
Cette note d'application examine quatre matériaux en PP fortement chargés, présentant une teneur en charge de 60 %. Un matériau sert de référence, tandis que les matériaux 1, 2 et 3 représentent des variantes modifiées dont la composition a été ajustée.
L’étude vise à quantifier de manière systématique les différences de comportement au feu et à la fumée de ces systèmes de PP et à évaluer l’influence des modifications apportées aux matériaux sur le comportement à l’allumage, le dégagement de chaleur, la production de fumée et la perte de masse.
Conditions de mesure
Les essais ont été réalisés à l'aide du calorimètre à cône de l'TCC 918 (figure 1), conformément à la norme ISO 5660-1.
Les échantillons ont été placés à l'horizontale et exposés à une densité de flux thermique constante de 50 kW/m². Les paramètres suivants ont été enregistrés pendant la mesure :
- Temps d'allumage (TOI)
- Taux maximal de dégagement de chaleur (HRRmax)
- Émission totale de fumée (TSR)
- Perte de masse en fonction du temps
Les principaux paramètres d'essai sont résumés dans le tableau 1.
Tableau 1 : Conditions de mesure
| Support d'échantillon | Horizontal |
| Flux thermique | 50kW/m² |
| Débit nominal | 24,0 l/s |
| Distance par rapport au réchauffeur conique | 25 mm |
| Masses des échantillons | Norme : 48,8 g Matériau 1 : 38,3 g Matériau 2 : 41,9 g Matériau 3 : 42,3 g |
La figure 2 montre les échantillons placés dans le porte-échantillons avant la mesure.
Conditions de mesure
Comportement à l'allumage
Tous les matériaux testés se sont enflammés dans un intervalle de temps restreint compris entre environ 21 et 25 secondes.
Ces temps d’inflammation très similaires suggèrent que les différentes modifications apportées aux matériaux n’ont que peu, voire aucune influence sur le comportement initial de chauffage et de Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition des systèmes en PP dans les conditions d’essai choisies.
Dégagement de chaleur
Le taux de dégagement de chaleur¹ est un paramètre clé pour évaluer l'intensité du feu des matériaux. Les courbes de HRR correspondantes sont présentées à la figure 3.
1Taux de dégagementde chaleur(HRR) : quantité d'énergie dégagée par unité de temps et de surface pendant la combustion. Il est considéré comme l'un des paramètres les plus importants pour évaluer l'intensité d'un incendie et est déterminé à l'aide d'un calorimètre à cône fonctionnant selon le principe de la consommation d'oxygène.
Le matériau de référence présente un pic nettement plus marqué du taux de dégagement de chaleur. Le taux maximal de dégagement de chaleur (HRRmax) est environ deux fois supérieur à celui des variantes de PP modifiées.
Les matériaux 1, 2 et 3, au contraire, ont atteint des valeursde HRRmax nettement inférieures et ont présenté une propagation globale du feu plus uniforme. Cela suggère que la composition modifiée du matériau limite efficacement l'intensité du feu dans la phase initiale d'un incendie.
Après le pic initial, les courbes de dégagement de chaleur des différents matériaux convergent. Cela indique que, malgré leurs formulations différentes, les matériaux étudiés présentent un comportement global de combustion similaire.
Dégagement de fumée
C'est au niveau du dégagement de fumée, qui constitue un paramètre clé en matière de sécurité en cas d'incendie, que l'on observe les différences les plus marquées entre les variantes de matériaux testées (voir figure 4).
Le matériau de référence présente le débit de fumée total le plus élevé. En revanche, les trois variantes de PP modifié affichent une émission totale de fumée nettement réduite tout au long de l’incendie.
Les valeurs TSR² des matériaux 1, 2 et 3 sont nettement inférieures à celle du matériau de référence. Cela montre que la production de fumée peut être réduite en apportant des modifications spécifiques à la composition du matériau.
Les résultats montrent que la production de fumée peut être optimisée grâce à des modifications appropriées de la formulation, sans affecter de manière significative le comportement à l’allumage des systèmes en PP fortement chargés.
2TSR(Total Smoke Release) : émission totale de fumée pendant l’essai ; paramètre essentiel pour l’évaluation quantitative de la production de fumée sur toute la durée de l’incendie.
Perte de masse
La perte de masse relative est une mesure de la dégradation thermique des matériaux lors d’une exposition au feu, comme le montre la figure 5. L’expression des données sous forme de pourcentage permet de compenser l’influence des différentes masses initiales des échantillons et facilite la comparaison directe des courbes de dégradation.
Les trois matériaux en polypropylène (PP) modifiés (matériaux 1 à 3) présentent des courbes de perte de masse relative très similaires. La perte de masse maximale pour les trois variantes est d'environ 8 à 9 %.
En revanche, le matériau standard présente une perte de masse relative nettement plus élevée, de près de 12 %. Par conséquent, dans les conditions d'essai choisies, il subit une dégradation thermique plus importante que les variantes de PP modifiées.
La perte de masse relative plus faible des matériaux modifiés s’explique par leur forte teneur en charges minérales, qui réduit la teneur en polymère et peut contribuer à la formation de résidus stables.
Les courbes similaires des matériaux 1 à 3 indiquent que la modification de la composition du matériau conduit à un comportement de Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition thermique comparable pour ces variantes.
État des échantillons après la mesure
À l'issue des mesures, tous les matériaux testés présentent une formation importante de résidus, ce qui est caractéristique des systèmes en PP à forte teneur en charge (voir figure 6).
Les différences de structure de surface et de degré de carbonisation sont en corrélation avec les variations observées aux premiers stades de l'incendie.
Résumé
Les analyses menées sur les matériaux en polypropylène (PP) à forte teneur en charge montrent que tous les systèmes testés dans les conditions d'essai choisies présentent des temps d'inflammation comparables.
Cependant, le matériau de référence a présenté un débit maximal de dégagement de chaleur (HRRmax) nettement plus élevé, environ deux fois supérieur à celui des variantes de PP modifiées, ce qui indique une intensité de combustion plus élevée.
Les différences en matière de production de fumée sont particulièrement marquées. Tous les matériaux modifiés présentent un dégagement total de fumée (TSR) nettement réduit par rapport au matériau de référence.
La perte de masse relative est également plus faible pour les variantes de PP modifiées, de l’ordre de 8 à 9 %, que pour le matériau standard, qui atteint près de 12 %, ce qui suggère une dégradation thermique réduite du matériau.
Ces résultats démontrent que des ajustements ciblés de la composition du matériau peuvent réduire l’intensité maximale de l’incendie, le dégagement de fumée et la dégradation des systèmes de PP fortement chargés.
La calorimétrie au cône est considérée comme l’une des méthodes les plus importantes pour évaluer le comportement au feu des matériaux polymères. En effet, elle mesure simultanément des paramètres clés tels que le dégagement de chaleur, la production de fumée et la perte de masse dans des conditions d’incendie définies.
L’ NETZSCH TCC 918 offre un moyen fiable et reproductible de caractériser ces différences liées aux matériaux.