TP n°5 : Comportement au feu des matières plastiques Atelier Matières Plastiques

39 Mastère « plasturgie et matériaux composites »

Département génie mécanique

ISET DE SOUSSE Atelier Matières plastiques

MASTERE Plasturgie

TP n° 5

Comportement au feu des matières

plastiques

Durée : 3 h

Documents ressources :

1. Annexe 4 : Guide, Comportement au feu des matières plastiques, pages 7

à 11 ;

L’étudiant est appelé à préparer avant le jour prévu pour le TP :

La réponse à toutes les questions de l’aperçu théorique ;

Un résumé écris de la partie expérimentale ;

Une liste de besoin du matériel à commander de la part du magasinier ;

I. Introduction

Les normes d'essais de réaction ou de résistance au feu sont surtout appliquées aux

matériaux entrant dans la fabrication ou l'équipement de bâtiments (immeubles, maisons, bureaux,

usines) ou de moyens de transport (trains, voitures, avions). Il est donc difficile de résumer ici les

nombreux cas de figure et il conviendra d'interroger les fournisseurs de matières, demi-produits ou

produits finis pour de plus amples informations.

Très schématiquement; on utilise deux classements pour classer des matériaux entre eux.

Le classement Selon la norme NF P 92-507(classement M)

La norme française NF P 92-507 classe les matériaux de M0 à M4 (tableau 1).

Tableau 1. Méthode de classement de la norme NF P 92-507.

Le classement selon les underwriters' Laboratories (UL)

Le classement UL94 (désigné par méthode A) est un mode de classement de HB, V0 à V2, très

répandu dans la profession. Ce classement est repris dans la norme NF ISO 1210.

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40 Mastère « plasturgie et matériaux composites »

Le test HB se fait sur éprouvettes horizontales inclinées verticalement à 45° (fig.1).

TEST DE COMBUSTION HORIZONTALE

POUR LA CLASSIFICATION D'INFLAMMABILITE UL 94 HB

Montage du test UL 94 HB

Principe

Le test est pratiqué sur un échantillon long de 5" (127 mm) et large de 0.5" (12.7

mm). Son épaisseur ne doit pas excéder 0.5" (12.7 mm). Des repères sont indiqués

sur l'échantillon à 1" (25.4 mm) et 4" (101.6 mm). On le fixe horizontalement à une

extrémité et on l'incline à 45 degrés dans l'axe de la largeur, selon le schéma ci-

dessus. Le brûleur est règlé pour l'obtention d'une longue flamme bleue de 1" (25.4

mm). On dirige cette flamme sous un angle de 45 degrés face à l'extrémité de

l'échantillon plastique, de sorte qu'environ 1/4 de cette extrémité soit dans la flamme.

La flamme est appliquée pendant 30 secondes, puis retirée. Si l'échantillon brûle

jusqu'au repère 1" (25.4 mm) avant que 30 secondes se soient écoulées, la flamme

est retirée immédiatement. Le test est pratiqué sur trois échantillons.

Le matériau testé est classé UL 94 HB si, après retrait de la flamme:

A) La vitesse de combustion n'excède pas 38.1 mm par minute lorsque l'épaisseur

de l'échantillon est comprise entre entre 3,05 et 12,7 mm ;

ou

B) La vitesse de combustion n'excède pas 76.2 mm par minute lorsque l'épaisseur

de l'échantillon est inférieure à 3,05 mm ;

ou

C) La combustion est terminée avant que la flamme n'atteigne le repère 101.6

mm.

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(Document réponse)TP5 Comportement au feu des MP Noms et Prénoms : …………………..……………………….…………………

APERCU THEORIQUE

1. Quels sont les deux facteurs de l’amorçage de la combustion ?

…………………………………………………………………………………………………….….…

Indice de dioxygène limite (IOL)

L’IOL est le taux de dioxygène limite (dans un mélange O2- N2) en dessous duquel la

combustion, dûment amorcée, ne se propage pas et au-delà duquel elle se propage.

2. Que signifie indice de dioxygène limite (IOL) ?

…………………………………………………………………………………………………….….…

3. Calculer le taux de dioxygène dans l’atmosphère ;

…………………………………………………………………………………………………….….…

4. Calculer le taux de dioxygène dans le mélange (40% oxygène – 60% azote) ;

…………………………………………………………………………………………………….….…

5. Classer ces quatre matériaux selon leur comportement thermique dans les deux cas ;

PTFE PC PVC PE

IOL 0,95 0,27 0,5 0,17

Combustible

ou

auto-extinguible

Atmosphère

Mélange (40%O2+60%N2)

Ignifugation

6. Comment peut-on rendre un polymère aisément combustible en un polymère auto

extinguible (cocher la bonne réponse (s)) ?

par incorporation d'un ignifugeant

par incorporation d’une charge

par incorporation d'un antistatique

Essais normalisés :

Les normes d'essais de réaction ou de résistance au feu sont surtout appliquées aux matériaux entrant dans la fabrication ou l'équipement de bâtiments (immeubles, maisons, bureaux, usines) ou de moyens de transport (trains, voitures, avions).

Selon le classement M : La norme française NF P 92-507 classe les matériaux de M0 à

M4.

7. Quelle est la durée d’inflammation d’un matériau classé quatrième ? …...…………………... 8. Quelle est la classe des moquettes en polyamide ? …………………………………….……...

9. Quelle est la classe de PP ? Justifier ; …..………………………………………………………..

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42 Mastère « plasturgie et matériaux composites »

Classement UL94 : Le classement UL94

(désigné par méthode A) est un mode de

classement de HB, V0 à V2, très répandu dans la

profession. Ce classement est repris dans la

norme NF ISO 1210

10. Quelle est la différence entre le classement V et

HB ? …..…………………………………………….. …..…………………………..………………………...........

11. Compléter les caractéristiques dimensionnelles

en mm du dispositif de l’essai UL 94 HB ;

TRAVAIL EXPERIMENTAL

On veut contrôler la résistance au feu de quelque produits par le test de combustion horizontale selon le classement UL 94 HB.

1. Découper 3 éprouvettes (tubes gris) de longueur 130mm et Tracer les repères (25,4;

76,2mm) ;

2. Régler la longueur de flamme du bec benzène ; placer la 1ère éprouvette ;

3. Appliquer la flamme pendant 30 s ou jusqu’à ce que la portion brûlée atteigne 25 mm ;

puis mesurer Le temps de combustion de l'échantillon entre les repères 25 et 102

mm. Calculer la vitesse de combustion (entre les repères 25 et 102 mm).

4. Selon l’épaisseur de l’éprouvette, quelle est la condition de classement UL 94 HB (page 2)?

………………………………………………………………………………………………………………….. 5. Refaire l’essai pour la 2ème et la 3ème éprouvette.

Eprouvette

Temps de combustion (entre les repères 25 et 102 mm)

Vitesse de combustion (entre les repères 25 et 102 mm)

Conforme ou non (C ou NC)

Tube gris Tubes multicouches Tube gris Tubes multicouches Tube gris Tubes multicouches

N° 1

N° 2

N° 3

6. Vérifier si ces tubes de protection des fils électriques sont fabriqués selon la norme ou non.

…………………………………………………………………………………………………….….…

7. Faire le même travail pour les tubes multicouches (PE et AL) ; ……………………………

8. On veut contrôler aussi la résistance au feu des barquettes d’emballage en PS-E par le même test

de combustion horizontale selon le classement UL 94 HB. Découper l’éprouvette prismatique selon

les dimensions normalisées avec une scie manuelle (un échantillon long de 127 mm, large de 12.7

mm et Son épaisseur ne doit pas excéder 12.7 mm), puis suivre les mêmes étapes citées avant.

Eprouvette Temps de combustion Vitesse de combustion Conforme ou non

N° 1

N° 2

N° 3

9. Vérifier le classement de ces barquettes d’emballage en PS–E de protection ;

……………………….…......……………………….…......……………………….…......…………………………. 10. Les matériaux testés sont combustibles ou autoextinguible ; …….…......………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………..

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43 Mastère « plasturgie et matériaux composites »

I. COMPTE RENDU

Le rapport doit contenir une partie expérimentale décrivant brièvement ce qui a été fait pendant

la séance et une partie théorique est nécessaire. Il doit également contenir une discussion des

résultats obtenus. Il ne s’agit pas simplement d’observer et de décrire les échantillons

séparément, mais de comprendre et d’expliquer les phénomènes à partir de groupes

d’échantillons que l’on comparera pour mettre en évidence l’influence de tel ou tel paramètre.

C’est aussi dans cette partie que l’étudiant mettre les réponses aux éventuelles questions

posées par l’assistant. On peut mettre un résumé des résultats principaux, ce que vous avez

appris, une critique de la méthode etc., dans une conclusion.

L’étudiant est appelé à faire un exposé oral à la fin de chaque TP et doit

préparer pour la réponse à toute question posée par l’enseignant.

LITTERATURE [1] Technique de l’ingénieur : Nomenclature, Classification et formules chimiques des polymères, Cécile-Anne Naudin. [2] Mémotech :Matières plastiques: Matériaux et outillages de Mise en œuvre, C. Corbet. [3] comportement au feu, Guide de conception des pièces en matières plastiques, J. M. MAUCOTEL

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44 Mastère « plasturgie et matériaux composites »

ANNEXE 1

Classification d'inflammabilité

TEST UL 94 CLASSIFICATION D'INFLAMMABILITE

POUR MATERIAUX PLASTIQUE

UL 94 est la norme appliquée par les Laboratoires American Underwriters pour

tester l'inflammabilité et la sécurité au feu des matières plastiques utilisées dans

divers équipements et applications. Dabs le test UL 94 HB (Horizontal Burning) de

cette norme, on brûle un échantillon de plastique placé à l'horizontale, et le test UL

94V (Vertical Burning), le plus exigeant, teste la combustion d'un échantillon vertical.

La composition détaillée de l'équipement nécessaire et la description détaillée du test

figure dans la norme UL 94.

TEST DE COMBUSTION HORIZONTALE POUR LA CLASSIFICATION

D'INFLAMMABILITE UL 94 HB

TEST DE COMBUSTION VERTICALE POUR LA CLASSIFICATION

D'INFLAMMABILITE UL 94 V-O, UL 94 V-1 AND UL94 V-2

TEST DE COMBUSTION VERTICALE POUR LA CLASSIFICATION

D'INFLAMMABILITE UL 94-5V

TEST DE COMBUSTION HORIZONTALE

POUR LA CLASSIFICATION D'INFLAMMABILITE UL 94 HB

Montage du test UL 94 HB

Le test est pratiqué sur un échantillon long de 5" (127 mm) et large de 0.5" (12.7

mm). Son épaisseur ne doit pas excéder 0.5 (12.7 mm). Des repères sont indiqués

sur l'échantillon à 1" (25.4 mm) et 4" (101.6 mm). On le fixe horizontalement à une

extrémité et on l'incline à 45 degrés dans l'axe de la largeur, selon le schéma ci-

dessus. Le brûleur est règlé pour l'obtention d'une longue flamme bleue de 1" (25.4

mm). On dirige cette flamme sous un angle de 45 degrés face à l'extrémité de

l'échantillon plastique, de sorte qu'environ 1/4 de cette extrémité soit dans la flamme.

La flamme est appliquée pendant 30 secondes, puis retirée. Si l'échantillon brûle

jusqu'au repère 1" (25.4 mm) avant que 30 secondes se soient écoulées, la flamme

est retirée immédiatement. Le test est pratiqué sur trois échantillons.

Le matériau testé est classé UL 94 HB si, après retrait de la flamme:

a. La vitesse de combustion n'excède pas 1.5" (38.1 mm) par minute lorsque

l'épaisseur de l'échantillon est comprise entre 0,120 et 0,500" (soit entre 3,05 et

12,7 mm)

TP n°5 : Comportement au feu des matières plastiques Atelier Matières Plastiques

45 Mastère « plasturgie et matériaux composites »

ou

b. La vitesse de combustion n'excède pas 3,0" (76.2 mm) par minute lorsque

l'épaisseur de l'échantillon est inférieure à 0,120" (3,05 mm)

ou

c. La combustion est terminée avant que la flamme n'atteigne le repère 4" (101.6

mm).

TEST DE COMBUSTION VERTICALE

POUR LA CLASSIFICATION D'INFLAMMABILITE

UL 94V-O, UL 94V-1 AND UL94V-2

Montage du test UL 94 V

La longueur de l'échantillon est de 5" (127 mm) et sa largeur de 0.5" (12.7 mm).

Son épaisseur ne doit pas excéder 0.5’ (12.7mm). Il est fixé à 1/4 de son extrémité

supérieure en position verticale. Un filet métallique recouvert de coton chirurgical est

placé à 12" (305 mm) sous l'échantillon. Le brûleur est réglé pour former une flamme

bleue de 3/4". Cette flamme est dirigée de dessous sur le bord inférieur de

l'échantillon plastique à une distance de 3/8" (9.5 mm). Elle est appliquée pendant 10

secondes, puis retirée. Le temps de combustion de l'échantillon est mesuré. Dès que

la combustion s'arrête, on réapplique la flamme pendant 10 secondes. Aussitôt

retirée, on mesure de nouveau le temps de combustion et d'incandescence. Le test

complet est pratiqué sur cinq échantillons.

Le matériau testé est classé UL 94 V-O si:

A) Aucun des cinq échantillons ne brûle plus de 10 secondes après que la flamme

du brûleur ait été retirée.

B) Le temps de combustion totale sur les 10 tests ne dépasse pas 50 secondes.

C) Aucun des échantillons testés ne brûle, soit avec une flamme, soit par

incandescence, jusqu'à la mâchoire de maintien.

D) Aucune goutte incandescente, pouvant enflammer le coton placé au dessous,

ne tombe d'aucun échantillon.

E) Aucun échantillon ne présente un temps d'incandescence dépassant 30

secondes.

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46 Mastère « plasturgie et matériaux composites »

Le matériau testé est classé UL 94 V-1 si:

A) Aucun des cinq échantillons ne brûle plus de 30 secondes après que la flamme

du brûleur ait été retirée.

B) Le temps de combustion totale sur les 10 tests ne dépasse pas 250 secondes.

C) Aucun des échantillons testés ne brûle, soit avec une flamme, soit par

incandescence, jusqu'à la mâchoire de maintien.

D) Aucune goutte incandescente, pouvant enflammer le coton placé au dessous, ne

tombe d'aucun échantillon.

E) Aucun échantillon ne présente un temps d'incandescence dépassant 60

secondes.

Le matériau testé est classé UL 94 V-2 si:

A) Aucun des cinq échantillons ne brûle plus de 30 secondes après que la flamme

du brûleur ait été retirée.

B) Le temps de combustion totale sur les 10 tests ne dépasse pas 250 secondes.

C) Aucun des échantillons testés ne brûle, soit avec une flamme, soit par

incandescence, jusqu'à la machoire de maintien.

D) Quelques fragments peuvent se détacher de l'échantillon testé, brûlant

temporairement, et dont certains peuvent enflammer le coton placé au dessous.

E) Aucun échantillon ne présente un temps d'incandescence dépassant 60

secondes.

TEST DE COMBUSTION VERTICALE

POUR LA CLASSIFICATION D'INFLAMMABILITE

UL 94- 5V

Montage du test UL 95V

La longueur de l'échantillon est de 5" (127 mm)

et sa largeur de 0.5 (12.7 mm). Son épaisseur ne

doit pas excéder 0.5" (12.7 mm). La classification

d'inflammabilité est accordée pour des tranches

d'épaisseur spécifiques, dans lesquelles à la fois

l'épaisseur minimum et l'épaisseur maximum sont

soumises à un test. L'échantillon est fixé à 1/4"

de son extrémité supérieure en position verticale.

Le brûleur est réglé pour former une flamme

de 5" (127 mm) dotée d'un cœur bleue long

de 1,57" (40mm). Cette flamme est dirigée de

dessous sur l'angle de l'échantillon de plastique à

une distance 1" (25.4 mm). Elle est appliquée

pendant 5 secondes, puis retirée pendant 5

secondes. Cette opération est répétée 5 fois. Le

test complet est pratiqué sur 5 échantillons.

Le matériau testé est classé UL 94-5V si:

A) Aucun échantillon ne brûle, soit avec une flamme, soit par incandescence plus

de 60 secondes après le cinquième allumage.

B) Aucune goutte ne tombe de l'échantillon.

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ANNEXE 2

Classification des matériaux dans le Bâtiment : classement M et Euroclasses

Etablissement Recevant du Public (ERP), Immeubles de Grande Hauteur (IGH)

(Arrêté ministériel du 21 novembre 2002 modifié et NF P92-507)

Classement M : Produits d’aménagement et de construction

NF P 92 - 501 Essai par rayonnement

NF P 92 - 503 Essai au brûleur électrique

NF P 92 - 504 Essai de persistance de flamme et mesure de vitesse de propagation

NF P 92 - 505 Essai de goutte (matériaux thermofusibles)

NF P 92 - 506 Essai au panneau radiant

NF P 92 - 510

NF EN ISO 1716 Détermination du pouvoir calorifique supérieur

NF P 92 - 512 Détermination de la durabilité des classements

Euroclasses : Produits de

construction

Classement européen marquage CE : A1 - A2 - B - C - D - E - A1fl - A2fl - Bfl - Cfl - Dfl - Efl selon la NF EN 13501-1

NF EN ISO 11925-2 Essai d'allumabilité NF EN ISO 9239-1 Essai au panneau radiant pour sols NF EN 13823 SBI (Single Burning Item) NF EN ISO 1182 Essai d'incombustibilité NF EN ISO 1716 Détermination du pouvoir calorifique

Les euroclasses sont un système de classement en cinq catégories d’exigence, similaire au classement M : A1, A2, B, C, D (F correspondant au NC du classement M). Le système européen de classement des produits de construction (Euroclasses) remplace progressivement le système français (classement M).

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48 Mastère « plasturgie et matériaux composites »

ANNEXE 3 : extrait du « Précis des Matières plastiques » (Pages 50, 51 et 52)

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50 Mastère « plasturgie et matériaux composites »