Effet du vieillissement sur les propriétés de la membrane humidifuge en E-PTFE/NOMEX utilisée dans les vêtements de protection contre les incendies

• Main Author: El Aidani, Rachid
• Format: Others
• Published: École de technologie supérieure 2012
• Online Access: http://espace.etsmtl.ca/1017/1/EL_AIDANI_Rachid.pdf; http://espace.etsmtl.ca/1017/2/EL_AIDANI_Rachid%2Dweb.pdf

La membrane humidifuge utilisée dans la confection des vêtements de protection contre les incendies joue un rôle très important dans la protection lors de l’utilisation en service. Cette membrane est généralement constituée d’une couche de polytétrafluoroéthylène expansé (e-PTFE) laminé sur un tissu en Nomex®. Notre étude s’est intéressée aux effets individuels et combinés de la température, rayonnement UV et l’humidité sur les performances de cette membrane. En effet, les propriétés de ce matériau peuvent évoluer dans le temps en fonction des conditions d’utilisation en service. Des vieillissements thermiques ont été réalisés à cinq températures (190, 220, 275, 300 et 320°C). Quatre intensités lumineuses (0,35, 0,68, 1 et 1,35 W/m2) à trois températures (50, 70 et 80°C) ont été utilisées pour le vieillissement photochimique accéléré et trois taux d’humidité relative ont été choisis (60, 80 et 100%) pour le vieillissement hydrolytique. Les propriétés mesurées incluent la résistance à la traction, la force de déchirure et la perméabilité à la vapeur d'eau. Des analyses physico-chimiques et morphologiques complémentaires ont également été effectuées. Des réductions importantes des propriétés mécaniques de la membrane suite au vieillissement thermique, photochimique, hydrolytique et alterné ont été observées. Elles peuvent être attribuées entre autres à une dégradation des fibres de Nomex®. L'effet du vieillissement thermique accéléré sur les propriétés mécaniques de la membrane peut être décrit par la loi d'Arrhenius. D’autres modèles ont été élaborés pour prédire la durée de vie du vieillissement photochimique et l’effet synergétique de ces agents de vieillissement. En ce qui concerne la perméabilité à la vapeur d’eau, deux mécanismes concurrents ont été observés. D’une part, une fermeture des micropores de la membrane a été observée suite au vieillissement dans les températures les plus basses, impliquant une diminution de la perméabilité. D’autre part, des fissures dans la membrane apparaissent pour les plus hautes températures de vieillissement et/ou pour des temps d’exposition suffisamment longs. Les fissures produisent une très forte augmentation de la perméabilité, bien au-delà de la valeur observée sur la membrane neuve. Les mesures par spectroscopie infrarouge (FTIR), diffraction aux rayons X (DRX), calorimétrie différentielle à balayage (DSC), microscopie électronique à balayage (MEB) et par microscopie à force atomique (AFM) mettent en évidence des modifications de la structure physicochimique au niveau des deux composants de la membrane suite aux traitements de vieillissement. Ces résultats permettent une meilleure compréhension des phénomènes se produisant lors du vieillissement de ce laminé microporeux à haute performance. Ils donnent également des outils pour contribuer à améliorer la sécurité des vêtements de protection contre l’incendie. Un modèle mathématique permet de prédire la durée de vie de la membrane e-PTFE/Nomex® lors de son vieillissement en service a été utilisé à partir des données expérimentales collectées lors de cette étude, et en prenant le temps de vie correspondant à une diminution de 50% de la force de déchirure initiale. Il tient compte des effets synergétiques du vieillissement thermique, photochimique et hydrolytique.