Study on Flame Retardancy and Smoke Suppression of Silicone Rubber Foam Containing Aluminum Hydroxide and Carbon Molecular Sieve

Le feu est une force implacable, mais les matériaux avec lesquels nous construisons n'ont pas à s'y soumettre facilement. Dans le monde de la sécurité incendie, les chercheurs cherchent constamment des moyens d'empêcher les matériaux de brûler ou de ralentir la propagation des flammes et de la fumée. L'un de ces matériaux est la mousse de caoutchouc de silicone, une substance légère et flexible utilisée pour sceller les interstices dans les bâtiments et protéger l'électronique délicate. Bien qu'elle supporte bien la chaleur, la mousse de caoutchouc de silicone pure peut tout de même prendre feu et libérer une fumée épaisse et dangereuse. Pour remédier à cela, les scientifiques ajoutent souvent des substances qui absorbent la chaleur ou créent une barrière protectrice lorsque le matériau chauffe. Deux aides courantes sont l'hydroxyde d'aluminium, un minéral qui libère de la vapeur d'eau lorsqu'il est chauffé pour refroidir les choses, et les tamis moléculaires de carbone, qui sont des structures de carbone poreuses dotées de minuscules trous capables de piéger les gaz. Le défi a été de trouver le bon mélange de ces aides pour rendre la mousse sûre sans la rendre lourde ou cassante.

Une équipe de chercheurs de l'Université des sciences et technologies de Xi'an et d'autres institutions chinouses s'est lancée dans la résolution de ce casse-tête. Ils voulaient voir si la combinaison de l'hydroxyde d'aluminium avec des tamis moléculaires de carbone créerait un meilleur bouclier contre le feu et la fumée qu'en utilisant l'un ou l'autre seul. Ils ont pris de la mousse de caoutchouc de silicone et y ont mélangé différentes quantités de ces deux additifs, créant ainsi une série d'échantillons de test. Leur objectif était simple : trouver la recette parfaite qui rendrait la mousse résistante à la combustion, l'empêcher de goutter et réduire considérablement la quantité de fumée qu'elle produit lorsqu'elle brûle.

L'équipe a testé ses créations en utilisant des méthodes standards pour mesurer leur résistance au feu. Ils ont vérifié la quantité d'oxygène nécessaire pour que le matériau continue de brûler, son comportement lors d'un test de combustion verticale, et la quantité de chaleur et de fumée libérées lors d'une simulation d'incendie contrôlée. Ils ont constaté que l'ajout de l'hydroxyد d'aluminium seul ou des tamis moléculaires de carbone seuls aidait, mais que la véritable percée est survenue lorsqu'ils les ont mélangés. L'échantillon le plus performant contenait cinq parties d'hydroxyde d'aluminium et deux parties de tamis moléculaire de carbone pour chaque cent parties de mousse. Ce mélange spécifique a modifié radicalement le comportement du matériau. Il est devenu beaucoup plus difficile de l'enflammer, nécessitant une concentration d'oxygène bien plus élevée pour rester allumé, et il a passé avec succès l'évaluation de sécurité la plus stricte pour la combustion verticale sans laisser couler de matière fondue.

Lorsqu'ils ont soumis ce mélange optimal à une chaleur intense, les résultats ont été frappants. La quantité de chaleur maximale libérée par le matériau a chuté de manière significative par rapport à la mousse pure, et la chaleur totale dégagée au fil du temps a été réduite de plus de moitié. Plus impressionnant encore fut l'effet sur la fumée. Le taux de production de fumée a chuté de plus de soixante-dix pour cent, et la quantité totale de fumée générée a été réduite de près de quatre-vingt-quatorze pour cent. En termes pratiques, cela signifie que si un incendie se déclarait dans une pièce tapissée de cette mousse traitée, les flammes seraient plus faibles, la chaleur serait moins intense et l'air resterait bien plus clair pendant beaucoup plus longtemps, donnant ainsi plus de temps aux personnes pour s'échapper.

Pour comprendre pourquoi ce mélange fonctionnait si bien, les chercheurs ont examiné de près ce qu'il restait après la combustion. Ils ont examiné le résidu carbonisé, ou la croûte qui se forme sur la surface des matériaux en combustion. La mousse de caoutchouc de silicone pure laissait derrière elle une couche lâche et fissurée qui offrait peu de protection. En revanche, la mousse avec l'hydroxyde d'aluminium et le tamis moléculaire de carbone laissait derrière elle une barrière épaisse, dense et continue. L'hydroxyde d'aluminium a agi comme un agent de refroidissement, libérant de la vapeur d'eau pour diluer les gaz inflammables et la chaleur, tandis que le tamis moléculaire de carbone a fourni un squelette physique qui maintenait le charbon ensemble. Ensemble, ils ont formé un bouclier serré fait de silice et de carbone qui emprisonne la chaleur et la fumée à l'intérieur, empêchant ces dernières de nourrir le feu ou de s'échapper dans la pièce.

L'étude confirme que cette combinaison crée une défense puissante à deux couches. Les additifs travaillent ensemble pour ralentir la décomposition chimique de la mousse et construire un mur solide contre le feu. Cette approche offre une manière écologique et efficace de rendre la mousse de caoutchouc de silicone beaucoup plus sûre pour une utilisation dans les bâtiments et l'électronique. En trouvant le bon équilibre entre ces deux matériaux courants, les chercheurs ont montré qu'il est possible de créer une mousse qui non seulement résiste au feu, mais qui maintient également l'air exempt de fumée toxique, traitant ainsi deux des plus grands dangers d'un incendie en même temps.