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RÉSUMÉ
Les caractéristiques essentielles qui font des polymères des diélectriques très particuliers et bien adaptés à certaines applications sont présentées dans cet article. L’influence de la composition chimique et de la structure physique de ces matériaux macromoléculaires sur ces propriétés diélectriques est détaillée, et elle illustre le potentiel des polymères à concevoir des réponses optimisées à des besoins spécifiques. Des exemples des principales applications où les polymères sont incontournables sont donnés à la fin de l’article.
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Jean-Marc BUREAU : Responsable Matériaux et Procédés - COBHAM MICROWAVE, Villebon-sur-Yvette, France
INTRODUCTION
Les matériaux diélectriques traditionnels ont longtemps été des substances isolantes minérales (silice, alumine, …) mais les polymères organiques sont de plus en plus utilisés du fait de leurs possibilités de mise en œuvre (films, laminés, moulages…), de leur flexibilité, de leur faible densité et de la grande variété de compositions leur permettant de s’adapter à des besoins spécifiques. Les principales applications sont les films pour condensateurs, les isolants de câbles et de connecteurs, les supports et substrats pour les circuits imprimés d’interconnexion et les antennes, ainsi que les matériaux d’encapsulation des composants électroniques.
Cet article a pour but de présenter les avantages et les limitations des matériaux diélectriques polymères et les différentes stratégies permettant de les optimiser pour ces applications spécifiques.
Cet article présente quelques éléments théoriques des propriétés diélectriques des matériaux (permittivité et facteur de pertes) et détaille les phénomènes de polarisation propres aux matériaux macromoléculaires. Il montre le rôle de leur structure physico-chimique sur ces propriétés, ainsi que l’influence de la fréquence et de la température sur leur variation. Les autres paramètres importants pour les applications électriques et électroniques (résistivité, rigidité diélectrique, stabilité environnementale) sont également traités.
Les principales applications sont enfin présentées, avec les polymères diélectriques les plus utilisés pour chacune d’entre elles.
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MOTS-CLÉS
applications Définitions Relation structure/propriétés électronique Electrotechnique matériaux Diélectriques
VERSIONS
- Version archivée 1 de juin 1980 par Jean-Claude DUBOIS
- Version archivée 2 de déc. 1989 par Jean-Claude DUBOIS, Jean-Marc BUREAU
- Version archivée 3 de nov. 1998 par Jean-Claude DUBOIS
DOI (Digital Object Identifier)
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Optimisation d’un polymère diélectriqueArticle inclus dans l'offre
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4. Autres propriétés importantes des polymères diélectriques
En fonction des environnements concernés, plusieurs propriétés sont à prendre en considération pour une conservation acceptable des propriétés diélectriques et mécaniques dans les conditions et pour la durée de l’application. Nous citons ici le plus importantes.
4.1 Stabilité thermique
La résistance pratique à la chaleur se caractérise principalement par la température de transition vitreuse, les températures d’utilisation en pointe et en continu, ainsi que le coefficient d’expansion thermique. La plupart des polymères se dégradent au-delà de 200 °C. Une structure réticulée (thermodurcissables) ou la présence d’atomes de fluor (PTFE), de silicium (silicones) ou de cycles aromatiques (polyimides) augmentent la thermostabilité.
HAUT DE PAGE4.2 Résistance au feu. Sécurité
Divers paramètres caractérisent le comportement au feu des matières plastiques (cf. articles Essais de comportement au feu et Combustion dans le traité Plastiques) ; ce sont :
-
l’inflammabilité (indice UL) ;
-
le point éclair ;
-
l’indice d’oxygène ;
-
la densité et la toxicité des fumées émises.
4.3 Résistance chimique
Les polymères peuvent interagir avec des agents chimiques, soit par dégradation chimique (oxydation, réaction de groupes fonctionnels sur ou dans la chaîne, dépolymérisation), soit par modification physique (de l’absorption d’un solvant provoquant ramollissement ou gonflement jusqu’à la dissolution), soit enfin par un phénomène de fissuration sous contrainte (stress cracking) en présence d’agents tels que détergents, surfactants, lubrifiants, huiles, eau ultra-pure, même en très petite quantité ...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - COLE (R. R.), COLE (K. S.) - Dispersion and absorption in dielectrics I. Alternating current characteristics, - J Chem Phys, 9, 341 (1941).
-
(2) - DAVIDSON (D. W.), COLE (R. H.) - Dielectric relaxation of glycerine, - J. Chem Phys., 18, 1417 (1950).
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(3) - WILLIAMS (G.), WATT (D. C.) - Non-symmetrical dielectric relaxation behaviour arising from a simple empirical decay function, - Trans Faraday Soc 66, 80 (1970).
-
(4) - NAVRILIAK (S.), HAVRILIAK (S. J.) - Dielectric and mechanical relaxation in materials – Analysis, interpretation and application to polymers, - Munich, Hanser (1997).
-
(5) - LUKICHEV (A. A.) - Graphical method for the Debye-like relaxation spectra analysis, - Journal of Non-Crystalline Solids, 358 447–453 (2012).
-
(6) - ISHADA (Y.) - Colloid...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Magazine et Newsletter spécialisés https://www.plusplasticelectronics.com/
HAUT DE PAGE
IEEE Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena http://www.ieee.org
HAUT DE PAGE
Standard Test Method for Relative Permittivity (Dielectric Constant) and Dissipation Factor of Polymer-Based Microwave Circuit Substrates http://www.astm.org/Standards/D3380.htm
Standard Test Methods for Polymeric Films Used for Electrical Insulation http://www.astm.org/Standards/D2305.htm
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