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Auteur(s)
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Josiane VILLOUTREIX : Maître de Conférences au Conservatoire National des Arts et Métiers
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Jean-Dominique ACETARIN : Maître de Conférences au Conservatoire National des Arts et Métiers
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Lire l’articleINTRODUCTION
Toujours plus est la devise de l’industrie des matières plastiques où on cherche constamment à repousser les limites d’utilisation de ces matériaux. Parmi les polymères thermoplastiques à hautes performances, les polyéthercétones aromatiques (PAEK) suscitent de grands intérêts industriel et scientifique.
Cependant, le coût élevé des PAEK, plusieurs centaines de francs par kilogramme, a considérablement réduit la croissance espérée. Il y a une dizaine d’années, une consommation mondiale de 5 000 t/an était annoncée pour 1997. En fait, on atteindra à peine 1 000 t. Si de nombreuses variantes de PAEK ont été commercialisées, avec divers arrangements des liaisons éther et cétone, le marché a été abandonné par la plupart des producteurs.
Le polyétheréthercétone ou PEEK Victrex™ de la Compagnie VICTREX, introduit en 1981, représente désormais l’essentiel de la consommation. Le PEEK, après avoir longtemps suscité un intérêt surtout académique, connaît depuis peu d’années un développement très important dans des applications variées où on exige des performances ultimes pour les matériaux employés.
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1. Synthèse
UNION CARBIDE a déposé les premiers brevets concernant le PEEK en 1963, mais le procédé actuel de préparation est fondé sur les travaux de ICI (1978).
Il existe deux voies pour mener la synthèse des polyaryléthercétones (PAEK).
1.1 Substitution électrophile
L’enchaînement des motifs est obtenu en formant des liaisons cétone par réaction de chlorures d’acides carboxyliques aromatiques, comme le montre l’exemple du polyéthercétone (PEK) :
Cette méthode est utilisée pour les polymères qui sont plus cétones qu’éthers (PEK, PEKK, PEKEKK, etc.).
HAUT DE PAGE1.2 Substitution nucléophile
Synthèse : dans le cas du PEEK, la polymérisation consiste à enchaîner les motifs par formation de liaisons éther (figure 1). La réaction entre un bisphénol et un composé aromatique fluoré, dans un solvant aprotique polaire, suit une cinétique de type polycondensation. Cette polyéthérisation mène à des polymères semi-cristallins rigides, de hautes températures de fusion (Tf = 340 ×C).
Composition du système réactif :
-
4,4’-difluorodiphényl cétone ; les atomes de fluor sont activés par la fonction cétone. Les dérivés fluorés sont préférés, car ils sont plus électronégatifs que les chlorés et offrent une plus grande réactivité ;
-
hydroquinone ;
-
carbonate de potassium anhydre.
Conditions :
-
entre 200 et 400 ×C,
-
solvant sulfoné aromatique, type diphénylsulfone (DPS).
On ne part pas directement du phénate, mais du mélange hydroquinone/carbonate de potassium. Le phénate sera formé in situ dans le réacteur, car il est instable et sensible à l’oxydation.
La pureté des dérivés aromatiques est essentielle pour éviter des réactions parasites et la formation de liaisons ortho- ou...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - KEMMISH (D.) - Modern Plastics Encyclopedia 96. - McGraw-Hill (1995).
-
(2) - MAY (R.) - Polyetheretherketones. - Encyclopedia of Polymer Science and Engineering vol 12. Wiley Interscience (1987).
-
(3) - REIMER (W.), WEIDIG (R.) - Polyetherether Ketone. - Kunststoffe 86 (oct. 1996).
-
(4) - RIGBY (R.B.) - Polyetheretherketone. - Engineering Thermoplastics, Properties and Applications, Ed. J. Margolis (Marcel Dekker, 1985).
-
(5) - * - Documentation technique ICI.
-
(6) - * - Documentation technique THERTEC.
-
(7) - * - Documentation technique VICTREX.
- ...
ANNEXES
RISSON (T.) - Comportement en fluage de composites à renfort carbone et matrices époxyde et PEEK. - École centrale de Lyon (1998).
SADRAS (B.) - Traitement de surface du polyéther-éthercétone (PEEK) par un laser excimère. Application à l'amélioration des propriétés d'adhésion - (1998).
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