Fibres Nanoarchitecturées Retard au Feu – ArchiFlame

L'intérêt pour les matériaux nanocomposites est liée au fait que l’amélioration des propriétés des produits finaux est souvent atteinte pour de faibles taux de charge sans diminuer significativement les autres propriétés. Ainsi, par rapport aux composites conventionnels, ces matériaux présentent de nombreuses améliorations et en particulier, l'augmentation du comportement au feu.
L’objectif du projet ARCHIFLAME est d’élaborer des structures textiles composées de fibres nanocomposites de polyamide 6 avec des propriétés retardatrices de flamme améliorées. L’attention sera portée sur le contrôle de la nanoarchitecture de ces fibres lors de la phase d’extrusion. En effet, les processus d’élaboration des matériaux nanocomposites nécessitent d’agir au niveau des interfaces nanoparticule (NP)/polymère pour assurer la dispersion des nanoparticules. Différentes méthodes peuvent être envisagées et celle qui a été retenue dans ce projet est de greffer des composés à la surface des nanoparticules.
Après une première étape de sélection des agents de couplage (CA) permettant d’assurer une bonne compatibilité entre la NP et la matrice polymère, la fonctionnalisation des nanoparticules sera réalisée. De plus, les limites éventuelles de l’amélioration de la réaction au feu conférée par les NP seront repoussées par l’utilisation d’agents retardateurs de flamme (FR). Il s’agira d’étudier l’influence du type de NP, en particulier leur forme, ainsi que la nature et la quantité des CA et composés FR utilisés sur la nanoarchitecture obtenue : dispersion et orientation des charges. Le contrôle de cette nanoarchitecture dépend non seulement des paramètres cités précédemment et liés à la chimie du système mais également des paramètres liés à la mise en forme des fibres nanocomposites. Ainsi, durant la phase d’extrusion, les conditions expérimentales telles que la température, la vitesse de rotation des vis, le taux d’étirage… vont jouer un rôle sur la morphologie du matériau final.
Différentes fibres nanocomposites de PA6 seront réalisées en faisant varier les paramètres « chimiques » et de « procédé » et les propriétés mécaniques et de résistance au feu des échantillons ainsi obtenus seront évaluées. L’utilisation de diverses techniques de caractérisation telles que la microscopie électronique à balayage (SEM), la microscopie électronique en transmission (TEM), la résonance magnétique nucléaire (NMR)… permettra d’observer et de quantifier la qualité de la dispersion tout en étudiant l’orientation des nanoparticules au sein des fibres. Grâce à l’ensemble des informations collectées lors de ces différentes analyses, des relations entre la morphologie et les propriétés de résistance au feu pourront être établies, qui serviront à déterminer les conditions expérimentales à appliquer pour optimiser les performances finales du matériau. L’approche développée tout au long de ce projet sera validée par la réalisation de fibres mais aussi de tricots qui seront également soumis à divers tests relatifs à la détermination des propriétés d’usage. Une étude plus fondamentale complètera la démarche et aura pour objectif d’expliquer les mécanismes physiques et chimiques mis en jeu pour l’obtention de propriétés retard au feu améliorées.
Ce projet s’inscrit dans le cadre d’une nouvelle collaboration entre le laboratoire de « Sciences des Matériaux et d’Ingénierie » de l’Université de Beijing et l'Unité Matériaux et Transformations (UMET UMR 8207). L’intérêt de cette coopération réside dans la complémentarité entre les 2 équipes, dans le domaine de la chimie textile d’une part et dans la fonctionnalisation des matériaux en vue de l’obtention de propriétés améliorées d’autre part. Les résultats obtenus dans le cadre de cette collaboration seront valorisés sous forme de publications et de communications mais des applications industrielles pourront également être envisagées.