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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Applications des polymères hétérocycliques thermostables
English
1. Généralités
La résistance des polymères à la chaleur et à l’oxydation est en général mesurée au moyen de l’analyse thermogravimétrique qui enregistre la variation de la masse d’un échantillon de polymère en fonction de la température (analyse thermogravimétrique dynamique) ou en fonction du temps à une température constante et dans une atmosphère contrôlée (analyse thermogravimétrique isotherme). Cette seconde technique fournit des indications sur la température maximale d’utilisation car l’expérience montre que les propriétés importantes des polymères, telles que les caractéristiques diélectriques ou les propriétés mécaniques, sont sensiblement dégradées lorsque la perte de masse du matériau dépasse 5 %. Cette valeur est souvent prise pour référence de la durée de vie utile du polymère à une température donnée. Pour illustrer les résultats de ce genre d’expérience, les courbes de dégradation thermique dans l’air, déterminées sur des films de polyphénylquinoxaline (Cemota IP 200 ® PPQ) sont représentées sur la figure 1 qui montre la thermostabilité de ces polymères : pertes de poids en fonction du temps pour différentes températures. Les tests électriques et mécaniques effectués sur le même polymère ont confirmé qu’il pouvait être utilisé à haute température jusqu’à ce que la perte de poids atteigne une valeur de l’ordre de 5 %.
La construction d’une macromolécule thermostable fait intervenir des concepts simples :
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choix de liaisons covalentes ayant une forte énergie de liaison comme le lien carbone-carbone ou carbone-fluor ;
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structures qui présentent une importante énergie de résonance comme les composés aromatiques ;
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introduction de systèmes rigides qui peuvent s’organiser pour donner naissance à des sites cristallins.
Sur ces bases, il est probable que le polymère le plus thermostable serait le poly(para-phénylène) représenté sur la figure 2. Un tel composé reste cependant utopique car, dès que le degré de polymérisation n atteint une valeur de 5 ou 6, le produit se présente sous la forme d’une poudre infusible et insoluble qui ressemble plus à...
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Généralités
BIBLIOGRAPHIE
-
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-
(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).
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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).
- ...
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.
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RABILLOUD (G.) - High performance...
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