Relationship of the morphology of complex polymer formulations on the thermal stability and fire behavior for cable applications

La câblerie est un secteur industriel gros consommateur de polymères. Dans ce domaine, les normes imposent cependant de limiter le risque incendie et donc d'ignifuger les matériaux polymères utilisés, sources importantes de combustibles. De nombreux travaux ont porté sur leur ignifugation par utilisation d'additifs retardateurs de flammes, mais peu d'entre eux ont étudié l'influence de la morphologie des mélanges polymères chargés sur la stabilité thermique et le comportement au feu. Cette thèse fait suite à un précédent projet qui avait démontré une influence significative de la morphologie sur le comportement au feu d'un mélange polymère binaire (PC/PBT). Elle a pour but d'améliorer la compréhension de cette influence dans le cas de formulations plus complexes (ternaires ou quaternaires) à matrice éthylène méthylacrylate (EMA). Pour cela, la première stratégie adoptée a été l'identification d'un système ignifugeant comprenant un polyester capable de charbonner lors de l'ajout d'un RF. Une fois ce système identifié (PBT+MDH), il a été incorporé en matrice EMA en faisant varier la composition et la morphologie (dispersion sélective, taille des particules…). Cette approche a mis en évidence des différences significatives entre les différentes formulations et des résultats très intéressants ont été obtenus en termes de réaction au feu à l'échelle laboratoire. Cependant, le passage à l'échelle pilote (test de propagation de flamme) n'a pas permis de valider ces formulations pour des applications câbles. Au vu de ces constatations, une dernière partie a été proposée pour essayer d'améliorer la cohésion du résidu par ajout de polyphosphate d'ammonium.The cable industry is a major consumer of industrial polymers. In this area, the standards impose to limit the fire risk and thus to enhance the fireproof of the polymeric materials which are important sources of fuel. Many studies have focused on their flame retardancy by using additive flame retardants, but few of them have studied the influence of the morphology of filled polymer blends on the thermal stability and the fire behavior. This thesis follows a previous project which demonstrated a significant influence of the morphology on the fire behavior of a binary polymer blend (PC / PBT). It aims to improve the understanding of this influence in the case of more complex formulations (ternary or quaternary) with ethylene methylacrylate (EMA) matrix. The first strategy was the identification of a flame retardant system including polyester that is able to char when a flame retardant is added. Once the system is identified (PBT + MDH), it was incorporated in EMA matrix by varying the composition and the morphology (selective dispersion, particle size ...). This approach showed significant differences between the different formulations and very interesting results have been obtained in terms of fire reaction at the laboratory scale. However, the scale-up approach (flame spread test) did not validate these formulations for cables applications. Therefore, the last part has been proposed to try to improve the cohesion of the residue by adding ammonium polyphosphate

Relationship of the morphology of complex polymer formulations on the thermal stability and fire behavior for cable applications

La câblerie est un secteur industriel gros consommateur de polymères. Dans ce domaine, les normes imposent cependant de limiter le risque incendie et donc d'ignifuger les matériaux polymères utilisés, sources importantes de combustibles. De nombreux travaux ont porté sur leur ignifugation par utilisation d'additifs retardateurs de flammes, mais peu d'entre eux ont étudié l'influence de la morphologie des mélanges polymères chargés sur la stabilité thermique et le comportement au feu. Cette thèse fait suite à un précédent projet qui avait démontré une influence significative de la morphologie sur le comportement au feu d'un mélange polymère binaire (PC/PBT). Elle a pour but d'améliorer la compréhension de cette influence dans le cas de formulations plus complexes (ternaires ou quaternaires) à matrice éthylène méthylacrylate (EMA). Pour cela, la première stratégie adoptée a été l'identification d'un système ignifugeant comprenant un polyester capable de charbonner lors de l'ajout d'un RF. Une fois ce système identifié (PBT+MDH), il a été incorporé en matrice EMA en faisant varier la composition et la morphologie (dispersion sélective, taille des particules…). Cette approche a mis en évidence des différences significatives entre les différentes formulations et des résultats très intéressants ont été obtenus en termes de réaction au feu à l'échelle laboratoire. Cependant, le passage à l'échelle pilote (test de propagation de flamme) n'a pas permis de valider ces formulations pour des applications câbles. Au vu de ces constatations, une dernière partie a été proposée pour essayer d'améliorer la cohésion du résidu par ajout de polyphosphate d'ammonium.The cable industry is a major consumer of industrial polymers. In this area, the standards impose to limit the fire risk and thus to enhance the fireproof of the polymeric materials which are important sources of fuel. Many studies have focused on their flame retardancy by using additive flame retardants, but few of them have studied the influence of the morphology of filled polymer blends on the thermal stability and the fire behavior. This thesis follows a previous project which demonstrated a significant influence of the morphology on the fire behavior of a binary polymer blend (PC / PBT). It aims to improve the understanding of this influence in the case of more complex formulations (ternary or quaternary) with ethylene methylacrylate (EMA) matrix. The first strategy was the identification of a flame retardant system including polyester that is able to char when a flame retardant is added. Once the system is identified (PBT + MDH), it was incorporated in EMA matrix by varying the composition and the morphology (selective dispersion, particle size ...). This approach showed significant differences between the different formulations and very interesting results have been obtained in terms of fire reaction at the laboratory scale. However, the scale-up approach (flame spread test) did not validate these formulations for cables applications. Therefore, the last part has been proposed to try to improve the cohesion of the residue by adding ammonium polyphosphate

Development of Biobased Epoxy Matrices for the Preparation of Green Composite Materials for Civil Engineering Applications

International audienc

Influence de la morphologie sur la dégradation thermique et le comportement au feu de formulations polymères complexes en vue d'applicationsen en câblerie

La câblerie est un secteur industriel gros consommateur de polymères. Dans ce domaine, les normes imposent cependant de limiter le risque incendie et donc d'ignifuger les matériaux polymères utilisés, sources importantes de combustibles. De nombreux travaux ont porté sur leur ignifugation par utilisation d'additifs retardateurs de flammes, mais peu d'entre eux ont étudié l'influence de la morphologie des mélanges polymères chargés sur la stabilité thermique et le comportement au feu. Cette thèse fait suite à un précédent projet qui avait démontré une influence significative de la morphologie sur le comportement au feu d'un mélange polymère binaire (PC/PBT). Elle a pour but d'améliorer la compréhension de cette influence dans le cas de formulations plus complexes (ternaires ou quaternaires) à matrice éthylène méthylacrylate (EMA). Pour cela, la première stratégie adoptée a été l'identification d'un système ignifugeant comprenant un polyester capable de charbonner lors de l'ajout d'un RF. Une fois ce système identifié (PBT+MDH), il a été incorporé en matrice EMA en faisant varier la composition et la morphologie (dispersion sélective, taille des particules ). Cette approche a mis en évidence des différences significatives entre les différentes formulations et des résultats très intéressants ont été obtenus en termes de réaction au feu à l'échelle laboratoire. Cependant, le passage à l'échelle pilote (test de propagation de flamme) n'a pas permis de valider ces formulations pour des applications câbles. Au vu de ces constatations, une dernière partie a été proposée pour essayer d'améliorer la cohésion du résidu par ajout de polyphosphate d'ammonium.The cable industry is a major consumer of industrial polymers. In this area, the standards impose to limit the fire risk and thus to enhance the fireproof of the polymeric materials which are important sources of fuel. Many studies have focused on their flame retardancy by using additive flame retardants, but few of them have studied the influence of the morphology of filled polymer blends on the thermal stability and the fire behavior. This thesis follows a previous project which demonstrated a significant influence of the morphology on the fire behavior of a binary polymer blend (PC / PBT). It aims to improve the understanding of this influence in the case of more complex formulations (ternary or quaternary) with ethylene methylacrylate (EMA) matrix. The first strategy was the identification of a flame retardant system including polyester that is able to char when a flame retardant is added. Once the system is identified (PBT + MDH), it was incorporated in EMA matrix by varying the composition and the morphology (selective dispersion, particle size ...). This approach showed significant differences between the different formulations and very interesting results have been obtained in terms of fire reaction at the laboratory scale. However, the scale-up approach (flame spread test) did not validate these formulations for cables applications. Therefore, the last part has been proposed to try to improve the cohesion of the residue by adding ammonium polyphosphate.MONTPELLIER-BU Sciences (341722106) / SudocSudocFranceF

Urban parks and gardens green waste: A valuable resource for the production of fillers for biocomposites applications

International audienceUrban parks and gardens green waste constitute a low-cost and highly available lignocellulosic-rich resource, that is currently treated in composting or anaerobic digestion processes. The present work investigated for the first time the potential of using urban green waste as raw resource for the production of lignocellulosic fillers by dry fractionation (combination of sorting and grinding processes). Five fractions of lignocellulosic fillers with controlled composition were produced: a branches-rich fraction, a grasses-rich fraction, a leaves-rich fraction, and two fractions constituted of a mixture of constituents. All the fractions were ground to reach an average median diameter around 100 μm. The reinforcing effect of each fraction was investigated and compared to that of the sample as a whole. Biocomposites based on a poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) as matrix were produced by melt extrusion, with filler contents up to 30 wt%. It was shown that the branches-rich fraction displayed the best reinforcing effect (e.g. stress at break of 37 ± 1 MPa for a filler content of 15 wt%, similar to that of the neat matrix) whereas the grasses-rich fraction slightly degraded the overall mechanical performance (e.g. stress at break of 33.5 ± 1.5 MPa for a filler content of 15 wt%). The dry fractionation and formulation steps could be thus adapted depending on the targeted application, e.g. by choosing to use the whole urban green waste resource, or to remove grasses, or to keep only branches

How to study the two-step decomposition of polymer blends in cone calorimeter?

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Nanotubes d’Halloysite (HNTs) comme retardateurs de flamme dans des mélanges PE/EVA pour des applications en câblerie

International audienceDe nouvelles réglementations pour la protection de la santé et de l’environnement comme les Euroclasses poussent les industriels de la câblerie à se renouveler. Ils se doivent d’intégrer ces normes tout en continuant à améliorer les propriétés mécaniques et électriques, ainsi que le comportement au feu et le vieillissement des câbles. A l’heure actuelle, les matériaux utilisés pour les gaines des câbles sont des mélanges de polymères chargés en hydroxyde d’aluminium (ATH) ou en polyphosphate d’ammonium (APP). Des taux de charges élevés sont nécessaires pour améliorer le comportement au feu, cependant ils impactent défavorablement la flexibilité de la gaine ou sa sensibilité à l’eau. L’approche menée dans le cadre du projet HAREDY vise à améliorer les performances au feu des matériaux et également à retarder leur vieillissement hygro- et hydrothermique

How to study the two-step decomposition of polymer blends in cone calorimeter?

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Valorisation durable des arbres de Noël comme fibres de renforts pour des applications biocomposites

National audienceLa prise de conscience à l’échelle mondiale, comme à l’échelle locale, de l’impact de nos sociétés et de notre consommation sur l’environnement (pollution des sols et des océans, réchauffement climatique, …) pousse les industriels, les chercheurs et les acteurs locaux du développement économique à agir. Ainsi, les industriels cherchent à orienter leur production selon une approche plus durable afin de limiter le poids de leur activité sur notre environnement. Il en est de même pour les collectivités qui cherchent de nouvelles solutions pour diminuer l’empreinte carbone de leurs habitants. Une manière de réduire l’impact environnemental de nos activités est la réutilisation des biens et la valorisation des déchets/sous-produits. La valorisation durable des déchets solides lignocellulosiques comme fibres de renforts dans les matériaux biocomposites apparait comme une des alternatives aux matériaux composites pétrosourcés. De nombreux travaux ont porté sur la valorisation de déchets (Viretto 2021) ou de sous-produits lignocellulosiques (Berthet 2015, Lammi 2019, David 2020) en tant que charges de renforts dans des matériaux biocomposites. Les solutions développées se sont montrées aussi performantes que des matériaux composites conventionnels tout en permettant d’appréhender les problématiques d’éco-conception et de gestion de la fin de vie des matériaux

Valorisation durable des arbres de Noël comme fibres de renforts pour des applications biocomposites

National audienceLa prise de conscience à l’échelle mondiale, comme à l’échelle locale, de l’impact de nos sociétés et de notre consommation sur l’environnement (pollution des sols et des océans, réchauffement climatique, …) pousse les industriels, les chercheurs et les acteurs locaux du développement économique à agir. Ainsi, les industriels cherchent à orienter leur production selon une approche plus durable afin de limiter le poids de leur activité sur notre environnement. Il en est de même pour les collectivités qui cherchent de nouvelles solutions pour diminuer l’empreinte carbone de leurs habitants. Une manière de réduire l’impact environnemental de nos activités est la réutilisation des biens et la valorisation des déchets/sous-produits. La valorisation durable des déchets solides lignocellulosiques comme fibres de renforts dans les matériaux biocomposites apparait comme une des alternatives aux matériaux composites pétrosourcés. De nombreux travaux ont porté sur la valorisation de déchets (Viretto 2021) ou de sous-produits lignocellulosiques (Berthet 2015, Lammi 2019, David 2020) en tant que charges de renforts dans des matériaux biocomposites. Les solutions développées se sont montrées aussi performantes que des matériaux composites conventionnels tout en permettant d’appréhender les problématiques d’éco-conception et de gestion de la fin de vie des matériaux