Polyimide

Les polyimides sont des polymères colorés qui comportent des groupes imides dans leur chaîne principale. Les polyimides sont en particulier connus pour leur thermostabilité.


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Polymère - Diélectrique - Matériau

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  • – Transport de petites molécules dans les polyimides...... sans conteste la réaction de condensation entre un dianhydride et une diamine.... le cas où la transformation en polyimide est réalisée au cours de la mise en œuvre, ... (source : lmops.univ-savoie)
  • Le polyimide est un polymère parmi les plus résistants à la... obtenir des polyimides par la réaction d'un composé intermédiaire soluble, connu sous le nom... le diméthylsulfoxide (DMSO) [27], à laquelle un dianhydride... (source : tel.archives-ouvertes)
  • polyimides pour perfectionner leurs performances. Le polyimide est obtenu à partir de ... Par réaction entre la diamine d'hexaméthylène et la dianhydride... (source : theses.ulaval)

Les polyimides (en abrégé PI) sont des polymères colorés (fréquemment ambrés) qui comportent des groupes imides dans leur chaîne principale. Les polyimides sont en particulier connus pour leur thermostabilité.

Classification

Selon la composition de leur chaine squelettique, les polyimides peuvent être :

Selon les réactifs utilisés pour leur synthèse, les polyimides peuvent être :

Famille de polyimide Type de polyimide Réactifs
Polyimides non réticulés Polyimides linéaires (PI) Deux monomères
Polyimides thermoplastiques (TPI) Un ou deux monomères et un prépolymère
Polyimides réticulés (thermodurcissables) Polybismaléimides (BMI) Un monomère et un agent réticulant
Polyimides PMR (Polymerization of Monomeric Reactants) Deux monomères et un agent réticulant

Ces polymères de spécialité se trouvent sur le plan commercial sous les noms de Kapton (commercialisé en 1962) et Vespel de DuPont, Upilex d'UBE, P84 d'Evonik Fibers, Meldin de Saint-Gobain Performance Plastics, etc.

Polyimides linéaires

Plusieurs voies de synthèse sont envisageables pour préparer les polyimides linéaires. Parmi ces méthodes :

Synthèse par réaction entre un dianhydride et une diamine

Cette synthèse implique la polycondensation d'une diamine et d'un dianhydride dans un solvant aprotique dipolaire. La réaction entre la diamine et le dianhydride donne un produit intermédiaire, le poly (acide amique), qui doit être cyclisé. La cyclisation de ce polymère précurseur par voie chimique ou thermique donne le polyimide final et un sous-produit, l'eau.

Ce mode de cyclisation implique un traitement thermique du poly (acide amique) allant jusqu'à 200 °C. Un taux de cyclisation maximum est alors obtenu. Cependant, la libération d'eau peut entraîner l'hydrolyse du poly (acide amique) et ainsi limiter les masses moléculaires. Néanmoins, cette méthode forme l'approche la plus utilisée.

Le traitement du poly (acide amique), à température ambiante, par un mélange d'agents chimiques déshydratants (le plus fréquemment amine tertiaire/anhydride linéaire) conduit à la formation du polyimide. Un traitement thermique léger (inférieur à 100 °C) complète la réaction de déshydratation. Ce processus est moins intéressant commercialement du fait de sa complexité de mise en œuvre, mais les phénomènes d'hydrolyse du poly (acide amique) sont absents.

Synthèse par réaction entre un dianhydride et un diisocyanate

La réaction entre un diisocyanate et un dianhydride a lieu dans un solvant polaire ou à l'état fondu. Ellese déroule en une seule étape et donne un sous-produit, le dioxyde de carbone. La synthèse des polyimides en utilisant des diisocyanates à la place des diamines conventionnelles est moins utilisée quoiqu'elle présente un certain nombre d'avantages :

Polyimides thermoplastiques

Pour contourner la difficulté de leur mise en œuvre, de nouveaux polyimides ont été fabriqués dès le début des années 1980. Ces polyimides thermoplastiques portent des groupements chimiques qui permettent de les rendre fusibles et solubles et ceci sans altérer de manière significative leurs propriétés. Le tableau suivant donne deux exemples de ces polyimides thermoplastiques.

Polyimides thermoplastiques Exemple Température maximale d'utilisation en continu
Polyetherimide (PEI) Ultem (Sabic suite à son achat en 2007 de la division Plastiques de General Electric) 170°C
Polyamideimide (PAI) Torlon (Solvay Advanced Polymers) 200°C

Polyimides thermodurcissables

Les polyimides thermodurcissables sont commercialisés sous forme non réticulée en solution, sous forme de films et en pièces (rondins, tubes, plaques, bagues, disques, barres…). La forme non réticulée contient un ou deux types de monomères (diamine, dianhydride... ) et un agent réticulant.

Polyimides thermostables

Propriétés

Leur densité est voisine de 1, 4. Les polyimides sont des polymères dont les propriétés sont en particulier liées directement à leur structure en semi-échelle. Ils présentent une bonne résistance :

Malgré les nombreuses propriétés déjà citées, les polyimides souffrent toujours de certaines limitations ou alors inconvénients :

Utilisation

Compte tenu de leurs performances et leur prix, les polyimides sont en particulier utilisés dans les secteurs de pointe :

Les polyimides sont aussi utilisés comme matrice dans les matériaux composites. Il s'agit alors de polyimides thermodurcissables, ou de bismaléimides. Associés aux fibres de verre ou de carbone, ils présentent de très bonnes caractéristiques thermiques, mécaniques et électromagnétiques. Ils sont surtout utilisés pour la réalisation de radomes dans le domaine aéronautique, mais aussi dans l'avionique.

Voir aussi

Notes et références

  1. D Wilson, H. D Stenzenberger, P. M Hergenrother, Polyimides, Chapman Hall, New-York, 1990
  2. Sroog, C. E., Polyimides, Progress in Polymer Science, 1991, 16, 561-694
  3. Meyers, R. A., The polymerization of pyromellitic dianhydride with diphenylmethane diisocyanate, Journal of Polymer Science, Part A-1, 1969, 7, 2757-2762

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