Présentation
En anglais
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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Linear polyimides are particularly valued for applications in harsh environments. Indeed, due to their properties, they are the materials of choice when good dielectric properties or strong heat stability are required, as well as for the manufacture of mechanical parts with low friction coefficient and high wear resistance. Their highly aromatic chemical structure is such that certain of these linear polyimides do not present any vitreous transition nor any observable fusion before decomposition by oxidation at around 500 °C.
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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Présentation
Propriétés des polyimides
En anglais
1. Préparation
1.1 Synthèse des polyimides
Les polyimides linéaires sont synthétisés par polycondensation d’un dianhydride et d’une diamine dans un processus en deux étapes, illustré figure 1 (préparation du polyimide PMDA-ODA, analogue au Kapton de DuPont). La forte réactivité des amines vis-à-vis des anhydrides permet l’obtention dans la première étape d’un polyacide amique par ouverture du cycle anhydride. Le chauffage en présence d’un catalyseur permet la cyclisation avec élimination d’eau et l’obtention du polyimide. Un chauffage de l’ordre de 300 oC permet, outre la cyclisation, l’élimination de l’eau de polycondensation et du solvant.
Un autre mode de synthèse fait intervenir une réaction de polycondensation d’un dianhydride avec un diisocyanate, pouvant être catalysée par l’eau. La figure 2 illustre ce type de polymérisation pour le P84.
De manière générale, les polyimides insolubles, fortement organisés, à température de transition vitreuse T g très élevée ou ne présentant pas de T g (par exemple, le Kapton ) sont obtenus par une synthèse en deux étapes. En revanche, des procédés monoétapes, en solution, peuvent être utilisés pour les polyimides plus souples et solubles (par exemple, l’Ultem, qui comporte dans sa chaîne deux ponts éther pour deux liaisons imides, contre un seul pour le Kapton ).
Pour plus de renseignements sur les modes de synthèse des polyimides, on pourra se référer à la synthèse bibliographique de la thèse de DL Dunson [4].
HAUT DE PAGE1.2 Différentes qualités de polyimides
Les polyimides linéaires peuvent être commercialisés sous différents grades, contenant ou non des charges destinées à modifier certaines de leurs propriétés. L’adjonction de graphite ou de polymères fluorés, notamment, permet de réduire le coefficient de friction et de diminuer l’usure. La présence de fibres de verre ou de carbone améliore la résistance mécanique.
HAUT...
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Préparation
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
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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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