CHAPITRE III. Comparaison du greffage de VPA sur le lin par voie chimique et par
III.7. Dégradation thermique à petite échelle
L'effet du taux de phosphore sur les tissus de lin a été étudié également par le cône calorimètre. La figure III.8 montre l’évolution des courbes HRR, à une irradiance de 35 kW/m2, du tissu de lin non traité et des tissus modifiés avec une solution de 5 %m de VPA
par radiogreffage à 50 kGy (taux de phosphore final de 1,1 %m), et par modification chimique dans les conditions sévères (taux de phosphore final de 2,31 %m). Toutes les courbes HRR du lin possèdent la même allure à différentes irradiances et sont caractéristiques de matériaux thermiquement fins [137].
Page 113 de 216 Figure III.8. Courbes HRR à une irradiance de 35 kW/m2 pour le tissu de lin non traité et
pour les tissus modifiés avec une solution de 5 %m de VPA par radiogreffage à 50 kGy et par modification chimique dans les conditions sévères
Le temps d’ignition a été déterminé à l’œil nu ce qui correspond graphiquement au point à partir duquel une augmentation du débit calorifique a été enregistrée. L’ignition pilotée se produit lorsque les gaz de pyrolyse se mélangent avec l’air et atteignent leur point d’inflammabilité minimale en présence d’une source d’ignition (étincelle) [134]. La figure III.8 montre que le temps d’ignition diminue après la modification du tissu de lin par le VPA. Initialement, le temps d’ignition du tissu de lin non modifié à 35 kW/m2 est de 27s.
Pour le tissu modifié par radiogreffage par 5 %m de VPA à 50 kGy et celui modifié chimiquement dans les conditions sévères, le temps d’ignition est de 12 et 19 s respectivement. Ceci est en accord avec ce que nous avons observé en microcalorimétrie de combustion. La température maximale de dégradation en PCFC a diminué de 364 °C à 272 et 282 °C après modification avec 5 %m de VPA par radiogreffage à 50 kGy et chimiquement dans les conditions sévères respectivement. Ainsi, la modification du tissu
Page 114 de 216 de lin par le VPA diminue sa stabilité thermique et donc le tissu de lin atteint l’ignition à des températures plus faibles. La figure III.9 montre que le temps d’ignition du tissu de lin modifié par radiogreffage est inférieur au lin non modifié à toutes les irradiances. Cependant, la diminution du TTI devient moins importante, après modification du lin, à des irradiances élevées. A 25 kW/m2, le TTI du lin non modifié est 78 s et celui du lin
modifié par radiogreffage est de 38 s, tandis qu’à 75 kW/m2 le TTI devient identique dans
les deux cas à 3 s.
Figure III.9. Variation du temps d’ignition en fonction de l’irradiance des tissus de lin non traités et des tissus modifiés avec une solution de 5 %m de VPA par radiogreffage à 50 kGy et par modification chimique dans les conditions sévères (Les lignes pointillées ne sont que
des indications pour les yeux)
La courbe représentant l’inverse du temps d’ignition (1/TTI) en fonction de l’irradiance montre un coefficient de corrélation linéaire relativement élevé (Figure III. 10). Grâce à cette courbe, nous pouvons déterminer l’irradiance critique (CHF) [134]. Le CHF (en anglais : critical heat flow) correspond à l’irradiance minimale (critique) nécessaire pour
Page 115 de 216 enflammer l’échantillon [134]. Ainsi, pour un temps d’ignition très long (TTI = ∞ ; 1/TTI = 0) le CHF est déterminé. Pour le lin non modifié, l’irradiance critique calculée est de 26,8 kW/m2 alors qu’après radiogreffage de 5 %m de VPA à 50 kGy, cette valeur diminue à 22,5
kW/m2. Il faut rappeler que cette irradiance critique est calculée et peut différer des
résultats expérimentaux. Ainsi, le CHF est de 26,8 kW/m² pour le tissu non modifié, mais ce tissu s’enflamme à 25 kW/m².
Figure III.10. L’inverse du temps d’ignition en fonction de l’irradiance
A toutes les irradiances, le pHRR diminue également après modification du tissu de lin par le VPA (Figure III. 11). A 35 kW/m2, le pHRR diminue de 100 kW/m2 à 80 et 73 kW/m2
pour le tissu modifié par radiogreffage et celui modifié chimiquement dans les conditions sévères respectivement.
Page 116 de 216 Figure III.11. Evolution du pHRR en fonction de l’irradiance (Les lignes pointillées ne sont
que des indications pour les yeux)
De plus, la chaleur libérée diminue d’environ 50 % à toutes les irradiances après modification du tissu de lin par 5 %m de VPA par radiogreffage à 50 kGy (Figure III. 12a). A 35 kW/m2, le THR du tissu de lin diminue de 10,9 kJ/g à 5,4 kJ/g et 6,2 kJ/g après
modification du tissu de lin par radiogreffage et greffage chimique dans les conditions sévères respectivement. Cette diminution de la chaleur libérée est associée à l’augmentation du taux de résidu entre 22 %m et 28 %m, selon l’irradiance (Figure III. 12b). A 25 kW/m2,
le taux de résidu augmente de 13 %m à 41 %m alors qu’à 75 kW/m2, il augmente de 2 %m
à 23 %m après modification du tissu de lin par radiogreffage par 5 %m de VPA à 50 kGy. En fait, nous avons observé que le tissu de lin non modifié produit de la cendre uniquement après pyrolyse, alors que le tissu de lin modifié par radiogreffage produit du char même à des irradiances élevées (Figure III. 13). Cependant, la stabilité du char reste limitée, car le taux de char diminue avec l’irradiance. Nous remarquons également que la surface du char après le test au cône diminue en fonction de l’irradiance. Ceci pourrait générer certaines
Page 117 de 216 erreurs de mesure notamment quand nous mesurons le débit calorifique en fonction de la surface qui se rétrécit pendant le test au cône.
Figure III.12. Evolution de la chaleur totale libérée THR (a) et du taux de résidu (b) en fonction de l’irradiance (Les lignes pointillées ne sont que des indications pour les yeux) La chaleur efficace de combustion (EHC) des tissus de lin montre une légère augmentation avec l’augmentation de l’irradiance imposée. L’EHC du tissu de lin augmente de 10,6 kJ/g pour une irradiance de 25 kW/m2 à 12,9 kJ/g pour une irradiance de 75 kW/m2 pour le tissu
de lin non modifié. Après radiogreffage du VPA, l’EHC diminue à 7 kJ/g pour une irradiance de 25 kW/m2. Cette valeur augmente également à une irradiance de 75 kW/m2 pour
atteindre 8,7 kJ/g. Pour toute irradiance, le radiogreffage du VPA diminue la chaleur efficace de combustion. La modification chimique du tissu de lin dans les conditions sévères par le VPA montre également une diminution de l’EHC à 8,7 kJ/g contre 11,7 kJ/g pour le lin non modifié à une irradiance de 35 kW/m2.
La diminution de l’EHC avec la modification est liée à la formation d’un char dont le contenu en carbone est élevé (donc l’énergie de combustion « potentielle » emmagasinée dans le char est élevée). Quand le taux de char diminue à irradiance plus élevée, l’EHC tend donc à augmenter (Figure III. 14).
Page 118 de 216 Figure III.13. (a) Photographies des tissus de lin dans le porte échantillon avant le test au
cône calorimètre et des résidus après le test du (b) lin à 25 kW/m², et le lin traité par radiogreffage à 50 kGy par 5 %m VPA à (c) 25 kW/m² (d) 35 kW/m² (e) 50 kW/m² (f) 75
Page 119 de 216 Figure III.14. Evolution de la chaleur efficace de combustion en fonction de l’irradiance
(Les lignes pointillées ne sont que des indications pour les yeux)