Introduction
Le retardateur de flamme FR) le plus utilisé et le plus économique pour les polymères est le trihydroxyde d'aluminium (Al(OH)3 ou, en abrégé, ATH). Il est utilisé dans les plastiques tels que les polyoléfines pour les gaines de câbles, mais aussi dans les acryliques, les résines thermodurcissables et les revêtements de sol en PVC, pour ne citer que quelques applications. Il est respectueux de l'environnement car il ne contient pas d'halogènes et est très efficace en tant que suppresseur de fumée.
Son pouvoir ignifuge* est dû au refroidissement et à la formation d'une couche barrière ainsi qu'à la dilution. La capacité de refroidissement provient de sa capacité à libérer de l'eau lors du chauffage. Le pic de libération se produit à environ 300°C.
La réaction sous-jacente est EndothermiqueUne transition d'échantillon ou une réaction est endothermique si la conversion nécessite de la chaleur.endothermique, ce qui signifie que l'eau consomme une partie de la chaleur libérée pour s'évaporer.
La fonctionnalité de la barrière résulte 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 du trihydroxyde d'aluminium. La couche décomposée ralentit le flux d'oxygène vers la flamme et donc la formation de gaz. Large quantités (40-60 wt%) de charge doivent être utilisées pour obtenir des propriétés ignifuges (facteur de dilution). Comme pour la plupart des retardateurs de flamme (RF), l'ajout de la charge affecte également les propriétés mécaniques et rhéologiques des plastiques. Étant donné que les quantités de charge doivent être élevées pour assurer leur fonctionnalité, d'autres additifs doivent être ajoutés pour contrebalancer leur effet. Les propriétés mécaniques sont améliorées par la morphologie et le revêtement de surface de l'Al(OH)3 pour augmenter l'adhésion interfaciale. Les revêtements diffèrent selon le polymère de base utilisé. L'augmentation de la viscosité au cours du traitement est compensée par des additifs améliorant l'écoulement.
Conditions de mesure
Dans cette étude, l'effet du trihydroxyde d'aluminium (ATH) sur le comportement au feu du polyéthylène (PE) a été étudié dans le TCC 918 (figure 1). L'instrument permet de déterminer le dégagement de chaleur, la perte de masse ainsi que la densité et la composition du gaz de fumée. À cette fin, des échantillons de PE pur et de PE contenant 50 % en poids d'Al(OH)3 ont été moulés par injection dans des plaques de 100 x 100 x 4 mm3.
Avant de commencer les essais, le système d'analyse des gaz (Siemens Oxymat/Ultramat) a été calibré avec des gaz d'étalonnage et le facteur C a été vérifié en utilisant le brûleur à méthane avec un dégagement de chaleur défini. L'analyseur de gaz utilisé était équipé d'une option O2 et d'une optionCO2. Après le chauffage du cône, l'obturateur a été fermé et le porte-échantillon horizontal avec l'échantillon a été monté sur la plaque de base. Ensuite, le système a automatiquement retiré l'obturateur pour le début de la mesure. Les gaz évaporés ont été allumés par le système d'allumage automatique. Les conditions de mesure sont résumées dans le tableau 1.
Tableau 1 : Conditions de mesure
| Porte-échantillon | Horizontal |
| Densité du flux thermique | 50 kW/m² |
| Débit d'eau nominal | 24.0 l/s |
Le dégagement de chaleur est en bon accord avec la mesure de la transmission ; voir figure 3. La quantité globale de chaleur libérée est plus faible dans l'échantillon avec le FR. Cependant, la fonction de barrière est à nouveau observable à travers une diminution régulière de la chaleur dégagée.
La perte de masse accompagnant la formation du charbon est illustrée à la figure 4. La perte de masse se produit à un rythme plus lent et à un degré moindre. Alors que l'échantillon de PE pur perd près de 35 g de poids à la fin du test, l'échantillon avec le retardateur de flamme en perd moins de 20 g, soit environ la moitié. Il faut toutefois tenir compte du fait que l'échantillon avec charge ne contient lui aussi que la moitié du PE.
La mesure dans le calorimètre à cône permet d'étudier l'effet d'une exposition contrôlée au feu sur un matériau ; dans ce cas, sur un plastique avec et sans retardateur de flamme. Dans cet exemple, seules les propriétés les plus importantes sont représentées : la transmission (production de fumée), le dégagement de chaleur et la perte de masse. Toutefois, il est possible d'effectuer d'autres analyses dans le cadre du même essai :
- Le délai d'inflammation
- Taux de perte de masse (MLR)
- Taux de dégagement de chaleur (ARHE, MARHE)
- Chaleur effective de combustion (EHC)
- Dégagement total de chaleur (THR)
- Dégagement total de fumée (TSP)
- Production de fumée (SPR)
- Produits de combustion
Conclusions
Cette étude confirme les mécanismes de suppression de la fumée et la formation d'une couche barrière de la charge de trihydroxyde d'aluminium au cours d'un incendie. Les performances en termes de propriétés de transmission, de dégagement de chaleur et de perte de masse ont été comparées à celles d'un échantillon de PE sans retardateur de flamme. On peut constater que le retardateur de flamme agit efficacement lorsqu'il est mélangé au PE.