Les Plastiques conducteurs et magnetisables

LES PLASTIQUES CONDUCTEURS

Les polymères sont connus pour être de très bons isolants électriques, ce qui représente déjà de nombreuses applications industrielles utilisant les propriétés conductrices ou semi-conductrices des polymères conduteurs intrinsèques, avec en particulier la réalisation d'écrans plats et souples réalisés à partir de matrices de diodes électroluminescentes organiques (OLED). Samsung comme Sony ont développé et commercialisé de tels écrans, mais le fait est qu'ils ont tout intérêt à retarder l'arrivée sur le marché de cette technologie, compte-tenu des investissements déjà effectués sur les lignes de production d'écran LCD. Par ailleurs, d'autres applications voient le jour, par exemple en matière de blindages électromagnétiques, où certaines équipes de recherche ont démontré des niveaux répondant à la fois aux normes civiles et militaires ou encore en matière de capteurs, de traitement de l'air, ...

Nathalie REDON - (Enseignant-Chercheur, Ecole des Mines de Douai)

Prenons comme l’exemple le fait que ces polymères se chargent souvent électriquement en surface par simple frottement ce qui conduit aux phénomènes bien connus d’électrostatisme. Ces phénomènes, se traduisent par des décharges électriques violentes lors de l’utilisation des pièces. Il existe aussi tout autre champ d’application de pièces plastiques dans le domaine des pièces à conductibilité électrique partielle (boitier d’isolation magnétique, blindage, cages de Faraday, pièces de frottement non chargeables électrostatiquement : machine textiles, glissières de circuits imprimés, boitiers informatiques). Cette dernière application permet notamment de monter des CI très proches les unes des autres sans interférences.

Il existe 3 grandes voies pour améliorer la conductibilité électrique :

La formation de nouvelles molécules types polyacéthylène, polyaniline, polypyrrole. Le principe est d’obtenir des structures à liaisons insaturées fortement conjuguées de manière à ce que les électrons PI soient fortement délocalisés. L’addition de dopants (BF4,CIO4) augmente encore la conductivité,

Les mélanges (alliages) de polymères conducteurs et de polymères non conducteurs,

L’utilisation de matières conductrices (carbone, cuivre, fibres et poudres métalliques en inox, paillettes minérales métallisées) comme charges d’un polymère commercial (PP, ABS, PC).

Si la première et la deuxième voie sont en développement intensif, elles n’ont pas encore permis de mettre sur le marché de formulation industrielle. Nous ne nous intéresserons donc ici qu’à la troisième solution en donnant quelques caractéristiques de produits commercialisés.

Pour que la conductibilité électrique augmente significativement, il faut que les particules conductrices ne soient pas trop éloignées les unes des autres. On définit ainsi un seuil de percolation, taux de charges à partir duquel les distances inter-particules deviennent suffisamment faibles pour que le film polymère entre deux particules laisse passer le courant. Ce seuil est de l’ordre de 5 à 10% en poids de charges conductrices.

D’une façon générale, on préfère utiliser des matrices de polymères thermoplastiques semi-cristallins. Les charges conductrices étant confinées dans la phase amorphe le seuil de percolation est plus vite atteint.

Les plastiques conducteurs se répartissent en 3 catégories :

à faible conductivité (10 exp6-10exp11 W.cm) pour des applications antistatiques (anti-poussière, ESD)

semi-conducteur (10exp2-10exp4 W.cm) pour des isolations d’interférences magnétiques et la prévention des décharges électriques (EMI)

conducteurs pour la réalisation d’éléments chauffants, contacteurs, fusibles, microcapteurs en biologie, diodes… Les fournisseurs sont Akzo Nobel, Cabot, Colloids, Degussa, Lati, Nelson Electric, Raychem.

LES PLASTIQUES MAGNETISABLES

Pour satisfaire certains besoins industriels, on a développé des matières plastiques magnétisables. Il s’agit de compounds contenant des pourcentages élevés de charges magnétisables. Les pièces moulées sont soumises à l’action d’un champ magnétique afin d’obtenir les valeurs définitives de magnétisation (anneaux de déflexion TV, petites pièces de moteurs électriques, aimants permanents divers). La matière la plus fréquemment utilisée est un PA12 (Lati)

D’après document : ATOchem, DSM, Lati.

ISO 1043-1

ex :

ATOFINA propose un RILSAN M-AESN P212 CTL (PA12 conducteur) pour les applications automobiles devant dissiper les charges électrostatiques telles que les circuits à carburant.

NOM COMMERCIAL	UNITES	Latistat 43/7-02	Faradex	Faradex
		(Lati)	XA1111	XX6111
			(DSM)	(DSM)
PROPRIETES	UNITES	PE bd + ?	ABS	PC
PROPRIETES			+ fibres acier inox	+ fibres acier inox
PHYSIQUES
Masse Volumique	g/cm3	0,97 - 0,99	1,11	1,26
Taux de cristallinité	%			0
Indice de réfraction
Transmission lumineuse	%
Absorpt. d'eau équil. 50% RH	%
Absorpt. d'eau saturation…	%
MECANIQUES
Contrainte au seuil (rupture)	Mpa	15	39 (35)	69 (52)
Allongement au seuil (rupture)	%	-50	3 (10)	5,5 (12)
Contrainte de flexion	Mpa	17	63	94
Contrainte de compression	Mpa
Module de traction	Mpa		2 400	2 750
Module de flexion	Mpa	430	2 350	2 550
Coefficient de poisson
Izod 23°C non entaillée	KJ/m²
Izod 23°C entaillée	KJ/m²	50
Izod -30°C non entaillée	KJ/m²
Izod -30°C entaillée	KJ/m²	38
THERMIQUES
Température d MO	°C		240 - 255	285 - 300
Transition vitreuse Tg	°C
Hdt ou TFC (1,8 Mpa) meth.A Température de Flechissement sou Charge (NF T 51-005) Heat Distorsion Temperature	°C	38	85	131
Plage de température de résistance continue
Plage de température de résistance continue	°C
Retrait de moulage	%	1,3 - 1,5	0,4 - 0,7	0,4 - 0,7
Conductivité thermique	W/m.K
Dilatation thermique < Tg	10-4.K-1
> Tg	10-4.K-1
Classement UL 94			Hb
ELECTRIQUES
Résistivité transversale	Ohm.cm	10²	0,2-1	0,2-1
Constante dielectrique
50 à 10 MHz
Facteur de pertes
Dielectriques 50 à 100 kHz
APPLICATION	Combinés de téléphones mobiles, terminaux de paiement, modems, boitiers de connecteurs, appareils de mesure. Eléments d'ordinateurs ou d'appareils vidéo.