Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
Auteur(s)
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Jean-Claude DUBOIS : Directeur du groupe Chimie et Céramiques au Laboratoire Central de Recherches (LCR) à Thomson-CSF
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Guy RABILLOUD : Directeur-adjoint de CEMOTA
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Lire l’articleINTRODUCTION
Vers la fin des années 50, le projet d’avion supersonique civil américain volant à mach 3 a été à l’origine d’une intense activité de recherche dans le domaine des polymères thermostables. C’est en effet dans les applications aérospatiales que le gain de poids apporté par la faible masse volumique des polymères présente le plus d’intérêt. Le projet Apollo de la National Aeronautic and Space Administration (NASA) a permis ensuite d’assurer une certaine continuité dans les recherches en fédérant les travaux des groupes industriels et des universités. Mais, depuis le début des années 80, c’est l’industrie électronique dans son ensemble qui est devenue le moteur des travaux de recherche et développement sur ces polymères de haute technologie. Sous forme de films, de revêtements de protection, d’adhésifs, de matrices pour la fabrication des circuits imprimés, les polymères hétérocycliques se retrouvent dans toutes les applications de l’électronique, depuis la fabrication des semiconducteurs jusqu’au système fonctionnel (radio, télévision, radar, etc.).
La stabilité thermique des matériaux macromoléculaires est beaucoup plus faible que celle des métaux ou des composés minéraux comme le graphite, le quartz ou les céramiques. Les polymères thermoplastiques, par exemple, perdent leurs propriétés mécaniques lorsqu’ils sont chauffés au-dessus de leur température de fusion pour les polymères cristallins ou de leur température de transition vitreuse (tg) pour les polymères amorphes. Comme tous les composés organiques, les polymères ont un comportement dynamique vis‐à‐vis de la chaleur. Cela signifie que la thermostabilité se mesure non pas en fonction de la seule température mais du couple temps-température.
Par convention, les polymères sont dits thermostables s’ils peuvent être utilisés avec sécurité pendant :
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30 000 heures à 200 oC ;
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1 000 heures à 300 oC ;
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10 heures à 400 oC ;
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ou quelques minutes à 500 oC.
La résistance thermique des matériaux organiques dépend également de l’atmosphère dans laquelle ils doivent être utilisés. Si celle-ci est inerte (vide, azote, gaz carbonique, etc.), la dégradation thermique est un pur phénomène de pyrolyse et il y a rupture des chaînes macromoléculaires lorsque l’énergie thermique apportée est suffisante pour rompre les liaisons covalentes qui constituent l’épine dorsale du polymère. Par contre, dans l’air ou dans l’oxygène, ce sont les réactions d’oxydation qui deviennent prépondérantes et elles se produisent à une température nettement plus basse que celle qui est mesurée lors de la dégradation pyrolytique.
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Conclusion
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2. Applications des polymères hétérocycliques thermostables
Comparés aux autres polymères de spécialité, les macromolécules hétérocycliques sont des matières premières onéreuses dont la synthèse est souvent délicate et la mise en œuvre relativement complexe. Elles sont donc réservées aux applications dans le domaine des technologies avancées comme l’électronique, l’industrie aérospatiale, les membranes de séparation gazeuse, etc. Comme tous les autres polymères, elles peuvent être mises en œuvre sous forme d’adhésifs, de matrices de composites, d’objets moulés, de matériaux cellulaires, de fibres et de films. Dans les paragraphes qui suivent, les polymères utilisés dans ces diverses applications sont souvent représentés par une nomenclature abrégée, telle que PMDA-ODA, qui fait référence aux réactifs de départ et aux polymères qui en dérivent. La correspondance entre le nom chimique des produits et l’écriture abrégée est donnée dans le tableau des abréviations.
2.1 Fibres thermostables
Les nouveaux polymères hétérocycliques rigides ont été considérés comme des candidats de choix pour le remplacement des fibres minérales parce que l’ensemble fibre organique/matrice organique pouvait donner des matériaux plus homogènes que le système matrice organique/fibre minérale. En fait, ce sont les fibres organiques de type polyamides ou polyesters aromatiques, bien plus simples à fabriquer et beaucoup moins onéreuses, qui ont occupé ce créneau. Pour l’instant, seules les fibres de polybenzimidazole ont trouvé un marché dans le remplacement de l’amiante pour les matériaux de résistance antifeu. Le marché de ces fibres reste cependant très marginal en comparaison de celui des autres fibres à haut module mécanique comme le Kevlar ®, le Nomex ® ou les polymères cristaux liquides. En 1972, Celanese (aujourd’hui Hoechst-Celanese) prévoyait un marché d’environ 9 000 tonnes de fibres de polybenzimidazoles dans la décennie suivante. On est actuellement très loin de cette prévision et les fibres de polymères hétérocycliques restent réservées à des applications où l’ensemble de leurs propriétés les rend irremplaçables.
HAUT...
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Applications des polymères hétérocycliques thermostables
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CASSIDY (P.) - Thermally stable polymers : syntheses and properties - . Marcel Dekker, Inc., New York (1980).
-
(2) - CRITCHLEY (J.P.), KNIGHT (G.J.), WRIGHT (W.W.) - Heat resistant polymers - . Plenum Press, New York (1983).
-
(3) - BESSONOV (M.I.), KOTON (M.M.), KUDRYAVTEV (V.V.), LAIUS (L.A.) - Polyimides : thermally stable polymers - . 2nd éd., Plenum Press, New York (1987).
-
(4) - WEBER (W.D.), GUPTA (M.R.) - Recent advances in polyimide science and technology - . Society of Plastic Engineers Inc., Poughkeepsie, New York (1987).
-
(5) - WILSON (D.), STENZENBERGER (H.D.), HERGENROTHER (P.M.) - Polyimides - . Blackie, Chapman & Hall, New York (1990).
-
(6) - ELIAS (H.G.), VOHWINKEL (F.) - New commercial polymers 2 - . Gordon and Breach Science Publishers Inc., New York (1977).
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ANNEXES
1 Références bibliographiques supplémentaires
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Ouvrages généraux
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RABILLOUD (G.) - High performance...
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