Découvrez les films polymères hautes performances tels que le PPS, le LCP, le PI et le PEI : fabrication, propriétés, modifications et applications dans l'électronique, l'aérospatiale et la 5G.
Film PPS (polysulfure de phénylène)
Le PPS est une résine thermoplastique dont le squelette contient des groupes sulfure de benzène. Il s'est rapidement imposé comme l'un des plastiques techniques à la croissance la plus rapide grâce à sa haute résistance à la chaleur, son caractère ignifuge, son fluage minimal à haute température, sa stabilité dimensionnelle et ses excellentes propriétés mécaniques.
Les films PPS présentent une stabilité thermique exceptionnelle, notamment dans des conditions d'humidité et de contraintes élevées. Comme le montrent les données ci-dessous, leur résistance à la traction et leur module d'élasticité sont comparables à ceux du PET, tout en conservant d'excellentes propriétés mécaniques même à des températures cryogéniques (-196 °C). De plus, leur grande flexibilité en fait un matériau isolant idéal pour les applications supraconductrices. Les films PPS présentent également d'excellentes propriétés électriques haute fréquence, avec une constante diélectrique stable sur une large plage de températures et de fréquences, et leur tangente de perte diélectrique est aussi faible que celle du PP.
Propriétés typiques des films PPS, PI et PET
| Article |
|
PPS |
PI |
ANIMAL DE COMPAGNIE |
| Résistance à la traction (longitudinale/transversale)/MPa |
300/250 |
180/180 |
250/270 |
| Point de fusion/℃ |
285 |
Pas de fusion |
265 |
| Dilatation thermique coefficient/x10-7℃-1 |
3 |
2 |
1.7 |
| Absorption d'eau/% (l'humidité est de 75%) |
0,05 |
22 |
0,4 |
| Résistance/x10Ω |
0,5 |
1 |
1 |
| constante diélectrique |
1 kHz |
3.0 |
3,5 |
3.3 |
| 1 MHz |
3.0 |
3.4 |
3.2 |
| 1 GHz |
3.0 |
- |
3.1 |
| Tangente de perte diélectrique |
1 kHz |
0,0006 |
0,003 |
0,002 |
| 1 MHz |
0,0018 |
0,01 |
0,01 |
| 1 GHz |
0,0015 |
- |
0,01 |
1. Méthodes de préparation des films PPS (1) Moulage par extrusion-soufflage
Le PPS cristallise rapidement et présente une faible ténacité, ce qui rend sa transformation difficile en raison de l'instabilité de sa viscosité à l'état fondu. Il est sujet à la rupture lors de l'extrusion-soufflage. Des chercheurs ont développé des films PPS en utilisant des méthodes d'extrusion-soufflage à simple et double bulle. Ces films présentent une résistance à la traction et un module élevés, bien que l'allongement à la rupture soit plus faible pour les films à double bulle.
(2) Moulage par extrusion
Actuellement, le seul procédé industrialisé de production de films PPS implique le moulage par extrusion suivi d’un étirage biaxial.
2. Modification du film PPS (1) Modification du remplissage
(2) Traitement au plasma
3. Applications du film PPS
Le film PPS est largement utilisé en raison de sa résistance élevée à la chaleur, de ses excellentes propriétés d'isolation, de ses performances diélectriques exceptionnelles, de son caractère ignifuge et de ses propriétés mécaniques supérieures.
(1) Matériaux d'isolation électrique
Comparés aux films PET, les films PPS offrent une résistance à la chaleur, une résistance à la tension et une isolation électrique supérieures, tout en conservant une résistance mécanique à haute température. Ils sont idéaux pour une utilisation dans les moteurs électriques, les batteries, les compresseurs rotatifs et autres machines tournantes à grande vitesse, afin d'en améliorer la fiabilité. Les films PPS sont également utilisés dans les transformateurs de forte puissance, où la miniaturisation et des normes de sécurité strictes sont requises.
(2) Matériaux d'isolation des condensateurs
Les condensateurs à film PPS présentent de faibles pertes et une faible résistance série équivalente (ESR), ce qui les rend adaptés aux alimentations à découpage haute fréquence et à courant élevé. Tout comme les condensateurs PP, les condensateurs PPS présentent une faible absorption d'humidité et une excellente résistance chimique, garantissant une capacité stable en environnement humide.
Film LCP (polymère à cristaux liquides)
Le LCP est un polymère intermédiaire entre les cristaux solides et les liquides. Il offre d'excellentes propriétés mécaniques, une stabilité dimensionnelle, des performances électriques, une résistance chimique, une ignifugation, une résistance à la chaleur et un faible coefficient de dilatation thermique. Les films LCP sont très flexibles et possèdent d'excellentes propriétés diélectriques, ce qui les rend idéaux pour les communications 5G et les applications LCD. Cependant, ils présentent des difficultés, notamment une forte anisotropie, un contrôle de traitement complexe et une tendance à la fibrillation.
1. Méthodes de préparation des films LCP (1) Moulage par extrusion
Les films LCP produits par extrusion coulée présentent une orientation longitudinale importante, ce qui les rend sujets aux déchirures transversales. Cependant, ils présentent une grande flexibilité et une grande rigidité, ce qui les rend adaptés aux stratifiés cuivrés (CCL).
(2) Moulage par extrusion-soufflage
Cette méthode résout efficacement le problème d’anisotropie dans les films LCP et constitue actuellement le procédé industriel le plus mature pour la production de films LCP.
2. Modification du film LCP (1) Modification chimique En appliquant un placage de cuivre autocatalytique avec KMnO4 comme agent de gravure, les films LCP atteignent une force d'adhérence maximale de 12,08 MPa à un temps de gravure optimal de 20 minutes, dépassant les valeurs précédemment rapportées de 8,0 MPa.
(2) Traitement au plasma
3. Application du film LCP
Le film LCP présente les caractéristiques d'une faible constante diélectrique et d'une faible perte diélectrique, et est largement utilisé dans les communications 5G, les circuits imprimés flexibles et d'autres domaines.
Film PEI (polyétherimide)
Le PEI présente une température de décomposition exceptionnelle (530–550 °C) et un seuil de fragilisation bas (-160 °C), ce qui le rend très résistant aux températures extrêmes. Parmi les plastiques non renforcés, il présente la plus haute résistance à la traction à température ambiante et une excellente résistance au fluage. Il bénéficie également d'une résistivité volumique extrêmement élevée (> 1 × 10¹⁷ Ω·cm) et d'une rigidité diélectrique de 33–35 kV/mm, conservant des propriétés diélectriques stables sur une large plage de fréquences et de températures.
(1) Moulage par extrusion
(2) Coulée de solution
2. Modification du film PEI (1) Modification du remplissage
(2) Modification du greffage
(3) Modification du rayonnement UV
3. Applications du film PEI Les films PEI sont largement utilisés dans le blindage EMI, les écrans et les piles à combustible en raison de leur résistance chimique supérieure, de leur stabilité à haute température et de leurs excellentes propriétés mécaniques et électriques.
Film PSF (polysulfone)
Le PSF est une résine thermoplastique dont la structure moléculaire contient des groupes diphénylsulfones. Il offre une résistance élevée, un module élevé, un faible fluage, une excellente stabilité thermique et une excellente résistance au vieillissement. Il conserve ses propriétés mécaniques même à haute température et conserve sa flexibilité à -100 °C. De plus, les films PSF présentent une stabilité diélectrique exceptionnelle sur une large plage de températures et de fréquences, ce qui les rend idéaux pour les condensateurs à film résistants à la chaleur.
1. Méthodes de préparation des films PSF (1) Coulée en solution
Les chercheurs ont développé des films composites PSF/MWCNT par moulage en solution, améliorant considérablement la conductivité avec des teneurs en MWCNT comprises entre 0,05 % et 0,3 %.
(2) Moulage par extrusion-soufflage
Des études ont exploré les films multicouches PSF/PVDF produits par moulage par soufflage par coextrusion à multiplication de couches, identifiant une orientation de cristal α préférée dans les couches de PVDF par rapport à l'interface PSF/PVDF.
2. Modification du film PSF (1) Modification du greffage
(2) Modification du remplissage
3. Applications des films PSF Les films PSF sont largement utilisés dans les piles à combustible et les condensateurs à film en raison de leurs propriétés diélectriques, mécaniques et chimiques supérieures.
Film PI (polyimide)
Le PI est une résine thermoplastique dont le squelette est constitué de groupes imides. Elle est reconnue pour sa résistance thermique, sa résistance mécanique, sa stabilité dimensionnelle et ses propriétés d'isolation électrique exceptionnelles. Ses applications sont nombreuses dans l'aérospatiale, l'électronique, les télécommunications et les matériaux composites. Les films PI sont jaunâtres et transparents, et peuvent fonctionner à long terme entre -269 °C et 280 °C, avec une résistance thermique à court terme jusqu'à 400 °C. Ces caractéristiques rendent les films PI particulièrement adaptés aux circuits imprimés flexibles, aux communications 5G et aux écrans LCD.
(1) Coulée en solution
Les chercheurs ont développé des films PI grâce au moulage d'une solution d'acide polyamique, au séchage, à l'étirage et à l'imidation thermique.
(2) Moulage par soufflage
Le Centre de recherche Langley de la NASA a développé un nouveau procédé de moulage par soufflage pour films PI ultra-minces, différent des techniques de moulage par soufflage conventionnelles. Ce procédé, basé sur un soufflage de haut en bas, a permis de créer un prototype capable de produire des films PI ultra-minces.
2. Modification du film PI (1) Modification du remplissage
Les chercheurs ont incorporé des nanoparticules de BaTiO3 dans du PI via une polymérisation in situ, puis ont traité les films par moulage en solution.
(2) Traitement au plasma
3. Applications du film PI En raison de leur résistance supérieure aux hautes températures, de leur stabilité dimensionnelle et de leurs propriétés mécaniques, les films PI sont utilisés dans les piles à combustible, les circuits imprimés flexibles, les écrans LCD, les communications 5G, les composants d'isolation, le câblage et la microélectronique.
