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1 - PRÉPARATION

2 - PROPRIÉTÉS DES POLYIMIDES

3 - MISE EN ŒUVRE DES POLYIMIDES

  • 3.1 - Formes commerciales
  • 3.2 - Résines de moulage
  • 3.3 - Assemblage
  • 3.4 - Usinage

4 - APPLICATIONS

5 - ÉVOLUTIONS

  • 5.1 - Utilisation de polyimides comme additifs dans les polymères fluorés
  • 5.2 - Séparation de gaz par des membranes en carbone dérivées de polyimides
  • 5.3 - Synthèse de polyimides assistée par micro-ondes

Article de référence | Réf : AM3398 v1

Applications
Polyimides linéaires (PI)

Auteur(s) : Olivier TALON

Date de publication : 10 avr. 2007

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RÉSUMÉ

Les polyimides linéaires (PI) sont particulièrement recherchés pour des applications dans des environnements sévères. En effet, leurs propriétés en font des matériaux de choix lorsque sont demandées de bonnes propriétés diélectriques ou une forte stabilité thermique, ainsi que pour la conception de pièces mécaniques à faible coefficient de frottement et à résistance élevée à l’usure. Leur structure chimique fortement aromatique est telle que certains de ces polyimides linéaires ne présentent ni transition vitreuse ni fusion observable avant la décomposition par oxydation au voisinage de 500 degrés C.

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Auteur(s)

  • Olivier TALON : Ingénieur et docteur de l’Institut national des sciences appliquées (INSA) de Rouen

INTRODUCTION

Élaborés dans les années 1960, les polyimides linéaires (PI) constituent une famille de polymères de spécialité en forte croissance, particulièrement recherchés pour des applications dans des environnements sévères. En effet, leurs propriétés en font des matériaux de choix lorsque sont demandées de bonnes propriétés diélectriques ou une forte stabilité thermique, ainsi que pour la conception de pièces mécaniques à faible coefficient de frottement et à résistance élevée à l’usure.

Leur structure chimique fortement aromatique, responsable de bon nombre de leurs propriétés, notamment via des interactions interchaînes de type transfert de charge, est telle que certains de ces polyimides linéaires ne présentent ni transition vitreuse ni fusion observable avant la décomposition par oxydation au voisinage de 500 oC. Ces caractéristiques particulières font de cette catégorie de polyimides (type A) une famille de polymères à part, qu’on distinguera des thermoplastiques malgré leur caractère linéaire, et qui nécessitent souvent des techniques de mise en œuvre spécifiques. On les classe en deux types.

Les plus anciens, de type Kapton ou Vespel, sont obtenus par frittage d’une poudre sous pression à température élevée. Les pièces ainsi obtenues ne sont modifiables que par usinage, car les températures de ramollissement et de dégradation sont très proches. Ils peuvent être mis en forme par frittage isostatique ou par usinage de pièces semi-finies. Ils peuvent également être obtenus sous forme de film à partir d’une solution.

Une deuxième famille de polyimides (type B), plus récente, regroupe des thermoplastiques pouvant être mis en œuvre avec les méthodes classiques de transformation des thermoplastiques comme l’injection, l’extrusion ou le thermoformage (Ultem, Aurum).

Les propriétés recherchées dans les polyimides sont la tenue thermique, la résistance aux solvants, les bonnes propriétés mécaniques, la stabilité dimensionnelle, un faible coefficient de friction, une excellente résistance aux radiations, etc. Les applications courantes des polyimides se trouvent dans les composants pour l’automobile ou l’aéronautique, les instruments chirurgicaux, les fours micro-ondes... Leur constante diélectrique en fait des matériaux de choix pour les applications en électricité et en électronique (circuits...). Tous les polyimides présentent des propriétés remarquables, mais celles-ci varient sensiblement suivant les PI. Ainsi, la conservation des propriétés mécaniques en température des polyimides de type A est excellente, mais leur non-processabilité limite leurs applications. Les polyimides thermoplastiques de type B ont une tenue en température légèrement inférieure, sont moins résistants aux solvants et peuvent subir des dégradations thermiques.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-am3398


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4. Applications

Les applications des polyimides, compte tenu de leurs propriétés, sont multiples ; historiquement d’abord dans l’aéronautique et l’automobile, mais aussi notamment dans l’électronique, dans l’électricité, dans la vaisselle ou encore dans la conception de pièces mécaniques de précision.

Certains sont également utilisés comme matrices pour composites, concurrentes des résines époxydes. Un inventaire exhaustif de ces applications serait fastidieux, aussi ne trouvera-t-on dans ce paragraphe que quelques exemples significatifs.

  • Aéronautique et aérospatiale

    Les applications commerciales des polyimides dans l’aéronautique datent des années 1960, comme pièces mécaniques ou isolants thermiques et électriques.

  • Automobile

    La résistance à l’usure des PI dans des conditions de fonctionnement sans lubrification ou en présence d’huiles chaudes a conduit à leur utilisation dans les segments d’étanchéité et rondelles de frottement dans les transmissions ou comme butée d’arbre dans les moteurs électriques. On trouve également des applications dans le domaine de l’éclairage automobile (réflecteurs de feux, culots d’ampoules...).

  • Circuits imprimés souples

    Les polyimides, compte tenu de leurs propriétés diélectriques, sont utilisés comme supports de circuits imprimés souples, notamment pour le marché en forte expansion de l’affichage (écrans à cristaux liquides et écrans plasma) [6].

  • Polyimides photosensibles

    Des polyimides photosensibles sont utilisés, en particulier, dans des procédés d’impression par couche en électronique [7].

  • Mousses d’isolation

    Les mousses polyimides, qui présentent d’excellentes caractéristiques d’isolation thermique et acoustique, mais aussi un très faible dégazage et une excellente tenue au feu, sont utilisées essentiellement dans des applications dans l’aéronautique et l’aérospatiale.

  • Imprimantes et photocopieurs

    Compte tenu de leur bonne résistance au choc, et surtout à l’usure même dans des conditions de fonctionnement à sec, les polyimides trouvent des applications dans les composants d’imprimantes ou de photocopieurs, tels que des guide-fils...

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1 Données économiques

Le marché des polyimides de condensation, en raison de leur prix élevé (environ trente fois supérieur à celui des polyamides), reste limité à des applications à hautes performances, et les tonnages consommés restent faibles, bien que ce marché soit en constante croissance.

Le marché le plus important pour les polyimides concerne les États-Unis, les secteurs enregistrant la plus forte croissance étant ceux des films et des fibres.

En Europe, les secteurs clés sont les résines de moulage, les demi-produits et les adhésifs et coatings pour la microélectronique. La croissance du marché européen pour la période 2003 à 2008 était estimée à 2,6 % par an en 2003.

Le marché japonais, comme dans les autres pays asiatiques, est essentiellement consommateur de polyimides pour des applications en microélectronique, et sa croissance pour la même période est évaluée à 10 % par an.

Les principaux producteurs et fournisseurs de polyimides sont indiqués ci-dessous.

HAUT DE PAGE

2 Bibliographie

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* - On pourra trouver, sur les sites internet des différents producteurs, dont les adresses sont données ci-dessous, des notices documentaires assez détaillées, d’où ont été extraites la plupart des données chiffrées du dossier AM 3 398 ainsi que certaines figures.

Références

Polyimide...

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