Bibliographie & annexes
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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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3. Conclusion
Considérés il y a une quarantaine d’années comme des curiosités de laboratoire, les polymères hétérocycliques thermostables ont connu un développement régulier sous toutes les formes de matériaux classiques : adhésifs, films, mousses, objets moulés, revêtements, vernis, etc. En raison de leur prix et des difficultés de mise en œuvre, leur progression est étroitement liée à celle des technologies avancées. Les quantités de polymères produites annuellement sont très loin de celles qui sont connues pour les polymères de grande diffusion mais, du fait de leur valeur ajoutée, le chiffre d’affaires correspondant n’est pas négligeable. Pour fixer les idées, la production de films et de précurseurs de films serait de quelques milliers de tonnes, les matrices de composites représentent un millier de tonnes, toutes applications confondues, alors que les adhésifs thermostables ont un marché de quelques centaines de tonnes. Il est normal que le transfert des technologies de pointe vers le domaine du grand public prenne du temps mais il est inéluctable que les polymères thermostables se retrouvent dans le matériel de tous les jours. Les films de polyimide sont présents dans les appareils de photographie, les caméscopes, les magnétoscopes et ils apparaissent dans la sole des fers à repasser ou dans les friteuses électriques. Dans le domaine des cartes à puce dont les volumes de production sont très importants, un film mince (1 à 2 µm d’épaisseur) de polyimide photosensible déposé sur la surface supérieure du circuit intégré assure la protection finale du système. Bien d’autres applications vont voir le jour parce que les polymères thermostables apportent des propriétés de protection électrique et thermique tout à fait remarquables avec des conditions de mise en œuvre souvent plus simples que celles qui sont requises par les matériaux. En dépit d’un prix initial relativement élevé, il existe bon nombre d’applications où l’impact final du coût du polymère est relativement limité par rapport aux avantages induits. L’un des meilleurs exemples est celui de la protection des circuits électroniques de mémoire par un film de 10 à 12 µm de polyimide photosensible. Le coût élevé de ce type de polymère, proche de 12 000 francs par litre de solution, se traduit au niveau de chaque puce par quelques dizaines de centimes et une augmentation des rendements de fabrication qui compense largement le surcoût...
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BIBLIOGRAPHIE
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-
(2) - CRITCHLEY (J.P.), KNIGHT (G.J.), WRIGHT (W.W.) - Heat resistant polymers - . Plenum Press, New York (1983).
-
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(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 polymers chemistry and applications, vol. 1 : Conductive adhesives - . Technip, Paris, 1997.
GARROU (P.) - Multichip module technology handbook - . McGraw-Hill, New York, 1998.
RABILLOUD (G.) - High performance...
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