Le PEEK est une bête de somme – peut-être le matériau le plus proche de la perfection – qui est utilisé dans un large éventail d’industries et dans une grande variété d’applications. Il est connu pour sa durabilité impressionnante dans des environnements difficiles. Les grades renforcés de verre et de carbone sont parmi les plus résistants de tous les thermoplastiques à température ambiante et les grades non chargés sont très résistants à certains des environnements les plus chimiquement agressifs, y compris la vapeur à haute pression.
Introduit pour la première fois par Victrex PLC, puis ICI (Imperial Chemical Industries) au début des années 1980, il est utilisé depuis près de 40 ans. D’autres entreprises, dont Solvay, se sont lancées dans la production de polymères PEEK au début des années 2000, après l’expiration des droits de brevet de Victrex PLC, de sorte qu’aujourd’hui, les utilisateurs finaux et les prescripteurs n’ont que l’embarras du choix en matière de polymères PEEK. La reconnaissance du nom favorise toujours les marques Victrex, mais d’autres, comme le PEEK Ketaspire de Solvay, gagnent chaque année en volume et en parts de marché. Aujourd’hui, Solvay est le seul producteur américain de polymères PEEK.
Pourquoi PEEK ?
PEEK est l’abréviation de polyéther-éther-cétone, ce qui n’a pas de sens pour beaucoup de personnes autres que celles qui ont une solide formation en chimie. En termes simples, il s’agit de la structure chimique du polymère, bien que la plupart des spécialistes des polymères considèrent que le PEEK fait partie de la famille plus large des polymères cétoniques appelés polyaryléthers cétoniques (PAEK). Cette famille de PAEK couvre un certain nombre de compositions différentes avec des rapports différents entre les groupes éther et les groupes cétone, la plus courante étant le PEEK. Indépendamment de la chimie spécifique, c’est la structure chimique du polycétone qui rend le PEEK si redoutable dans de nombreux environnements. Qu’est-ce qui fait du PEEK une solution naturelle pour tant d’applications d’ingénierie ?
Victrex PEEK
30 % de fibres de carbone renforcées
Avec un renfort de 30% de fibres de carbone dans sa formulation, Victrex PEEK 450 CA30 atteint la résistance mécanique et la rigidité les plus élevées disponibles parmi les grades de PEEK. Le PEEK 450 CA30 est imperméable aux cycles répétés en autoclave et résiste à une large gamme de produits chimiques. Il est également conforme aux normes de la FDA pour les applications en contact direct avec les aliments et répond aux exigences strictes de l’industrie aérospatiale en matière d’inflammabilité et de faible dégagement de fumée, notamment la norme UL 94 V-0.
20% PTFE – qualité améliorée
Sa teneur de 20 % en poudre de PTFE uniformément dispersée confère à Victrex PEEK 450 FE20 des propriétés exceptionnelles en matière de roulement et d’usure. Il présente un coefficient de frottement inférieur de 50 % et un taux d’usure inférieur de 25 % à celui du PEEK non chargé, facteurs clés de son utilisation pour les coussinets et les rotors à service intermittent. Le grade 450 FE 20 est conforme aux normes de la FDA, et sa composition permet de réaliser des joints à des pressions plus faibles que les grades non remplis et renforcés.
10-10-10 qualité de roulement
Formulé avec 10 % de graphite, 10 % de fibres de carbone et 10 % de poudre de PTFE, le Victrex PEEK 450FC30 présente l’usure la plus faible et le PV le plus élevé parmi les polymères polycétones. Spécifié pour les bagues et les roulements allant des dispositifs médicaux réutilisables aux pièces d’hélicoptères, ce thermoplastique avancé n’est pas affecté par l’autoclavage répété. Il est conforme aux normes de la FDA pour les composants en contact direct avec les aliments et répond également aux exigences de l’industrie aérospatiale en matière d’inflammabilité et de production de fumée.
Grade à base de PEK haute température
Polymère de polyéthercétone (PEK), Victrex HT présente une température de transition vitreuse (Tg) plus élevée et une meilleure résistance au fluage que le PEEK traditionnel. Il présente également une résistance à la traction et un module de flexion plus élevés et conserve sa résistance à des températures supérieures de 30°C (54°F). Bien qu’il n’ait pas la résistance chimique et les propriétés de fatigue d’un véritable PEEK, Victrex PEK HT peut être une option pour de nombreuses applications de fond de puits à haute température.
KetaSpire PEEK
Bien qu’elles répondent toutes deux à la même norme Mil-P46183, les polymères PEEK de la série KT-820 de Solvay ont un poids moléculaire (MW) plus élevé que la série 450 de Victrex. Un MW plus élevé équivaut généralement à une plus grande ténacité et à une réduction correspondante du module. Dans le traitement par fusion, le MW plus élevé des polymères KT-820 permet également à Drake de produire des sections transversales plus épaisses. En complément de la série KT-820, Victrex propose des polymères de MW plus élevé avec ses grades 650, et Solvay propose une résine de MW encore plus élevé. Drake propose ces deux options de MW supérieur sur commande.
Grade PEEK non chargé
Ce grade non chargé présente l’équilibre inhérent au PEEK en termes de résistance aux produits chimiques, à l’usure et à la température. Alors que les grades renforcés par des fibres et les grades pour roulements sont modifiés pour être utilisés dans des composants plus résistants à la traction et à l’usure, le PEEK non chargé est également performant dans ces domaines, en fonction des exigences de l’application. KetaSpire KT820NT est certifié NORSOK M-710 pour le service de gaz acide et de vapeur en fond de puits et répond aux exigences de l’aérospatiale en matière d’inflammabilité et de génération de fumée.
30 % de fibres de verre renforcées
Renforcé de 30 % de fibres de verre, le PEEK KT 820GF30 offre une résistance et une rigidité nettement supérieures à celles des grades de PEEK non renforcés. La fibre de verre améliore également les performances structurelles dans les applications où les températures de service peuvent dépasser de loin le Tg du PEEK de 150C/ 302F avec une conception et un confinement adéquats. Le PEEK KT820GF30 est certifié NORSOK M-710 pour les gaz acides et la vapeur et répond aux exigences d’inflammabilité et de génération de fumée pour les avions.
30 % de fibres de carbone renforcées
Le renfort de 30% de fibres de carbone dans KetaSpire KT 820CF30 permet d’obtenir les niveaux de résistance et de rigidité les plus élevés disponibles parmi les grades de PEEK. Ce thermoplastique avancé résiste aux autoclaves répétés dans les dispositifs médicaux réutilisables, et sa résistance chimique a conduit à des applications dans le traitement humide des semi-conducteurs. Le KT820CF30 est certifié NORSOK M-710 pour les services de gaz acides et de vapeur en fond de puits et répond aux exigences de l’aérospatiale en matière d’inflammabilité et de faible production de fumée.
Grade PEEK haute température
KetaSpire PEEK XT haute température associe les attributs de performance inhérents au PEEK à une température de transition vitreuse (Tg) plus élevée de 20°C (36°F). Sa Tg dépasse également celle du PEK Victrex HT de 10°C (18°F). Parce qu’il a le même rapport éther-cétone qu’un vrai polymère PEEK, KetaSpire XT haute température a la même résistance chimique et à la fatigue supérieure que le PEEK par rapport au PEK, PAEK et autres polycétones.
PEEK de qualité industrielle
Drake propose des semi-produits en PEEK de qualité industrielle pour les applications qui ne nécessitent pas de certifications selon la norme Mil-P 46183 et d’autres spécifications. Les produits Drake Industrial Grade PEEK, dont le prix est inférieur à celui de nos produits de qualité supérieure, sont positionnés de manière à concurrencer d’autres formes commerciales de PEEK moulées par injection, extrudées ou moulées par compression. Tous les polymères PEEK de qualité industrielle Drake sont fournis avec une certification Drake qui confirme la composition de la résine et la plage de gravité spécifique, mais les certifications des fabricants de résine ne sont pas fournies. Exemple de certification
Pour les applications nécessitant les certifications Mil-P 46183, ASTM D6262 et autres, les semi-produits Drake fabriqués à partir des polymères KetaSpire et Victrex PEEK sont disponibles dans une large gamme de grades et de dimensions. Exemples de certifications pour ces produits : Certificat de produit Victrex; Solvay KetaSpire product cert
Le PEEK industriel non renforcé de Drake possède des propriétés physiques et une résistance chimique comparables à celles du PEEK non chargé disponible dans le commerce. Il est facilement usinable et résiste à une exposition prolongée à la vapeur et à l’eau chaude.
Le PEEK Drake de qualité industrielle à roulement et à usure renforcée a un PV plus élevé et un taux d’usure plus faible que le PEEK non chargé. Sa résistance mécanique, thermique et chimique est comparable à celle du PEEK non chargé. Il est également facile à usiner en pièces de précision. Cette qualité industrielle contient 10 % de graphite, de fibres de carbone et de PTFE, comme les polymères Ketron HPV et Victrex 450FC30 et KetaSpire KT-820 SL30 pour les roulements et l’usure.
Renforcé de 30 % de fibres de verre, le grade industriel GF30 de Drake présente une résistance mécanique supérieure à celle du PEEK non chargé et du PEEK pour roulements à billes. Combinant la haute résistance et la résistance chimique inhérente au PEEK et au verre, les formes Drake Industrial Grade GF30 PEEK sont souvent utilisées pour les isolateurs usinés et les applications pétrolières et gazières nécessitant une résistance chimique et une solidité à haute température.
Une teneur en fibres de carbone de 30 % confère à cette formulation le plus haut niveau de résistance mécanique parmi les formes de stock de PEEK de qualité industrielle de Drake. Il présente la même résistance à l’usure et aux températures élevées que le PEEK et supporte une exposition prolongée à la vapeur, à l’eau chaude et à une large gamme de produits chimiques. Il est également un bon matériau de roulement lorsqu’il est confronté à des surfaces dures. Des pièces usinées de précision peuvent être fabriquées à partir des formes en stock disponibles dans cette nuance.
En savoir plus sur Why Peek
- Excellentes propriétés thermiques – Le PEEK non chargé offre une grande solidité et une excellente résistance aux températures élevées, et ne fondra pas avant d’avoir atteint environ 650 degrés Fahrenheit. Il peut être utilisé à des températures allant jusqu’à près de 500 degrés Fahrenheit à long terme et bien plus élevées à court terme, ce qui est bien au-delà de ce que la plupart des polymères sont capables de faire. La température de transition vitreuse du PEEK, ou température de ramollissement, est proche de 300 degrés Fahrenheit. Cette caractéristique inhérente peut être compensée par des renforcements et des modifications chimiques.
- Formidable résistance chimique – Le PEEK non chargé offre une large résistance chimique qui se rapproche de celle du PTFE, mais avec une résistance bien plus grande, ce qui explique pourquoi il est le choix préféré des entreprises de traitement chimique et des sociétés pétrolières et gazières. Parmi les produits chimiques auxquels il peut résister figurent la plupart des acides (les seules exceptions étant les acides fluorhydrique et bromhydrique), l’acétone, tous les alcools, l’ammoniac, le benzène, le chlore, l’oxyde d’éthylène, le formaldéhyde, l’essence et la plupart des carburants, la glycérine, le peroxyde d’hydrogène, le sulfure d’hydrogène, le méthane, le MEK, le chlorure de méthylène, l’ozone, le pentane, le carbonate de sodium, l’hydroxide de sodium et le toluène. Et ce n’est qu’une fraction des substances auxquelles le PEEK résiste. Cette large résistance est l’une des principales raisons pour lesquelles le PEEK est si omniprésent, car il peut être adapté à presque toutes les applications.
- Résistance supérieure à l’usure – Peu de polymères peuvent rivaliser avec le PEEK en termes de résistance à l’usure. Bien entendu, le terme « usure » est un terme général qui nécessite des explications supplémentaires.
L’usure abrasive fait référence à l’action de coupe causée par les irrégularités de la surface de contact. L’usure par fatigue fait référence à la déformation des matériaux résultant de pressions et de contraintes répétées. Le frottement est la force qui s’oppose au mouvement et, bien qu’il ne s’agisse pas d’usure, il n’en est pas moins problématique. Les propriétés du PEEK lui permettent de résister à l’usure par abrasion et par fatigue, et c’est un matériau à faible frottement naturel. Le PEEK allié au graphite PTFE et aux fibres de carbone permet d’obtenir de faibles taux d’usure dans des conditions de pression et de vitesse élevées, même dans des environnements abrasifs. Le PEEK non chargé offre une résistance supérieure à la fatigue et une bonne résistance à l’usure, à condition que la contrainte maximale et la vitesse soient faibles. Le PEEK chargé de 20 % de PTFE (FE20) offre un coefficient de frottement inférieur et des taux d’usure améliorés par rapport au PEEK non chargé. - Grande facilité de traitement – La facilité de traitement du PEEK a contribué à sa large acceptation dans les applications commerciales à haut volume. Les composants en PEEK sont moulés par injection dans des outillages à grand volume équipés de systèmes à canaux chauds, usinés à partir de pièces extrudées et moulées par injection, et même estampés et usinés à partir de bandes minces ou de films. L’usinage des thermoplastiques à hautes performances peut être un défi car la disponibilité de la forme requise est souvent limitée, ce qui signifie que le coût de fabrication augmente en raison des copeaux d’usinage inutiles et du temps nécessaire à leur création. Le poids moléculaire élevé du PEEK et sa stabilité à la fusion lui permettent d’être extrudé en grandes sections telles que des barres rondes de plus de 200 mm, des plaques jusqu’à 4″ et des tubes avec des parois de 2″ d’épaisseur. Plus de 50 dimensions différentes de barres et de plaques de PEEK sont stockées et prêtes à être expédiées immédiatement. En outre, le PEEK est l’un des rares thermoplastiques à haute performance qui peut tolérer le type d’usinage intensif nécessaire à la production de composants à géométrie complexe, l’une des raisons pour lesquelles il est utilisé dans un si grand nombre d’applications diverses.
- Biocompatibilité – L’industrie médicale est toujours à la recherche de matériaux pouvant être utilisés dans le corps humain. De nombreux polymères sont rejetés par le système immunitaire de l’organisme, ce qui entraîne des complications graves, voire mortelles. Et même lorsque le matériau est accepté, il peut s’user en raison d’une usure abrasive et d’un frottement intense, ce qui provoque des éclats et interfère avec la fonction biologique. La résistance élevée du PEEK et son module proche de l’os humain ont déjà été utilisés dans de nombreuses procédures, notamment pour les implants rachidiens et la reconstruction du crâne. Le PEEK est inerte et biocompatible et est considéré comme un candidat de premier plan pour les surfaces et les pièces en contact direct avec des fluides biologiques, que ce soit lors d’analyses chimiques ou d’interventions chirurgicales.
Usiner ou mouler par injection… C’est vous qui choisissez le mode de fabrication.
Le PEEK pouvant être soit moulé par injection, soit usiné en composants, il convient de donner un aperçu de ces deux procédés. Pour être clair dès le départ, aucun des deux processus n’est clairement supérieur dans tous les cas. La sélection du processus est un point que les ingénieurs de projet devront étudier de près et qui devra être discuté avec les fournisseurs de composants.
Lors du moulage par injection, le PEEK est moulé par injection dans une cavité personnalisée qui fait partie d’un outil complexe coûtant généralement plus de 10 000 dollars. Il s’agit de la méthode la plus efficace et la plus rapide pour fabriquer des pièces, à condition que l’investissement dans l’outillage soit justifié. L’usinage, quant à lui, utilise des semi-produits et des ateliers d’usinage qui reflètent la façon dont la plupart des pièces usinées sont produites. Une barre de PEEK peut généralement être usinée en bagues ou en roulements, souvent en quelques jours, pour des centaines de dollars, ce qui signifie que la rapidité et la flexibilité sont inégalées. Les propriétés des pièces extrudées offrent la plus grande rigidité et la plus grande ténacité et, en général, les performances les plus fiables.
L’usinage du PEEK est l’option préférée dans la plupart des applications de haute précision. C’est le cas lorsque les séries de production impliquent des volumes plus faibles (en particulier les séries inférieures à 5 000 pièces), lorsque des composants plus grands doivent être produits et lorsque la ténacité et la résistance aux chocs sont des priorités majeures. En bref, l’usinage fonctionne mieux lorsque les composants doivent présenter d’excellentes propriétés mécaniques et de résistance à l’usure.
Là encore, il n’y a pas de vainqueur incontestable entre les deux processus, mais dans certaines situations, l’un d’entre eux présente un avantage majeur. Le moulage par injection du PEEK est le meilleur choix pour la production de pièces complexes (généralement plus de 10 000 au cours d’une seule série), car le moulage par injection élimine le temps d’usinage et les déchets, ce qui permet d’obtenir les coûts unitaires les plus bas possibles. Le moulage par injection est également le choix approprié lorsque l’usinage présente des défis géométriques difficiles à surmonter.
Où le PEEK est-il utilisé ?
Le PEEK non chargé domine le volume de PEEK consommé dans le monde. Sa durabilité, sa disponibilité et sa facilité de mise en œuvre font du PEEK le matériau de choix lorsqu’une résistance élevée et une inertie, en particulier à des températures élevées, sont nécessaires dans de nombreuses industries. De nouvelles utilisations sont constamment imaginées pour le polymère. Voici quelques-unes des principales utilisations du polymère :
- Semi-conducteurs et électronique – La capacité du PEEK à conserver sa résistance à des températures élevées, sa pureté et sa capacité à résister à des produits chimiques agressifs en font un matériau naturel pour la fabrication des semi-conducteurs et de l’électronique. Le PEEK peut être usiné pour former des outils et du matériel de manipulation des plaquettes, ce qui est particulièrement utile lors du lavage chimique. Le PEEK non chargé est également essentiel lors de la production de puces, en particulier lors de la planarisation mécanique chimique et de la gravure. L’une des plus grandes applications en volume du film PEEK est la fabrication de téléphones cellulaires.
- Pétrole et gaz – Dans l’industrie du pétrole et du gaz, le PEEK non chargé et le PEEK chargé de verre sont généralement transformés en joints et en connecteurs électriques, où ils servent d’isolants et d’isolateurs ainsi que de renforts pour les matériaux d’étanchéité plus souples. Le PEEK est un excellent choix pour les applications pétrolières et gazières car il est très résistant à la vapeur et aux types de produits chimiques rencontrés dans les environnements agressifs des puits de forage. Les sièges de soupape et les joints en PEEK en aval permettent de gérer le flux de gaz et de liquides pétrochimiques sans risque de dégradation chimique.
- Aérospatiale – Le PEEK est utilisé dans les avions commerciaux et militaires, et dans les deux cas, seuls des matériaux fiables et durables sont utilisés. Dans l’industrie aérospatiale, c’est la faible production de fumée et l’excellente résistance thermique du PEEK qui s’avèrent précieuses, car le PEEK non chargé est si résistant à la chaleur et au feu qu’il s’éteint de lui-même. Ces propriétés en font un produit idéal pour l’électronique aérospatiale, qui a tendance à être fortement sollicitée, et pour les isolateurs thermiques, qui doivent supporter à la fois des températures élevées et des conditions très froides. Les grades de PEEK renforcés par des fibres de carbone, tels que 450CA30 et KT820CF30, offrent une résistance et une rigidité maximales sans la densité élevée des grades de PEEK renforcés par du verre.
- Médical – La biocompatibilité du PEEK non chargé a déjà été abordée, et c’est cette propriété qui permet au PEEK non chargé de servir d’implant, y compris pour les implants rachidiens et dentaires. Même le PEEK renforcé de fibres de carbone reste inerte et stable pendant de longues périodes, au point que les implants survivent aux patients. L’inertie et la stabilité du PEEK lui permettent de résister à des passages répétés en autoclave et d’être utilisé dans des instruments médicaux réutilisables. La radiotransparence du PEEK est également appréciable. En d’autres termes, le PEEK reste invisible à l’imagerie radio, qui comprend la tomodensitométrie et l’imagerie par résonance magnétique, ainsi que l’imagerie par rayons X. Cette radiotransparence est particulièrement importante pour l’étude des processus de croissance tissulaire, car l’implant ne masque pas les tissus environnants.
- Aliments et emballages – Le PEEK non chargé est disponible dans des variétés de qualité alimentaire, de sorte qu’il peut être intégré dans des appareils et des surfaces qui entrent en contact avec des aliments. Les applications standard comprennent les buses de remplissage, les pales de mélange, les roulements, les bagues et les composants de vannes, en particulier ceux utilisés dans la transformation des agrumes et les machines de remplissage à chaud. Les corps de vanne ont migré de l’acétal vers le PEEK non chargé au fur et à mesure de l’augmentation des températures de traitement. En outre, le PEEK non rempli est imperméable à toutes les solutions de nettoyage en place (CIP).
Ce qui précède ne fait qu’effleurer les applications du PEEK. Les entreprises qui recherchent une rentabilité de plus en plus grande « en cours d’utilisation » se tournent souvent vers le PEEK pour y parvenir. Le PEEK est le polymère haute performance le plus disponible et le plus polyvalent sur le marché actuel.
Quels sont les types de PEEK disponibles ?
Le PEEK non chargé offre une inertie chimique inégalée, une conformité FDA et une résistance jusqu’à 300°F. Sa machinabilité et sa propreté supérieures en font un produit idéal parmi tous les polymères à base de cétone pour les pièces usinées complexes à tolérances serrées ou les pièces moulées par injection telles que les engrenages, les viroles et les pièces destinées aux sciences de la vie et à la médecine. En savoir plus sur le KT820NT Aperçu complet
Le PEEK renforcé par des fibres de carbone offre la résistance et la rigidité les plus élevées parmi les grades de PEEK. Il est 7 % plus léger que les grades renforcés de verre bien qu’il contienne plus de renforts par unité de volume. C’est un excellent choix pour les pièces usinées ou moulées à forte charge. Pour en savoir plus, consultez les aperçus complets 450CA30 ou KT820CF30.
Le PEEK renforcé de fibres de verre offre une résistance et une rigidité plus élevées que les grades de PEEK non chargés, mais avec d’excellentes caractéristiques d’isolation électrique et thermique. C’est un excellent choix pour les pièces usinées ou moulées à forte charge, notamment les joints d’étanchéité et les corps de connecteurs électriques. En savoir plus sur KT820GF30 Aperçu complet
Le PEEK de qualité palier offre les taux d’usure les plus faibles parmi les qualités de PEEK pour les applications d’usure exigeantes. Les qualités les plus courantes contiennent une combinaison de graphite, de PTFE et de fibres de carbone, la ration la plus courante étant le mélange 10-10-10. Cette combinaison favorise un faible frottement et une conductivité élevée, ce qui permet d’obtenir des PV plus élevés et des taux d’usure plus faibles. Voir les aperçus complets de 450FC30 ou KT820SL30 ou 450FE20 Filled Peek
Le PEEK haute température ou PEK présente une chimie légèrement différente et est basé sur le polyéther cétone PEK plutôt que sur le PEEK. PEK et PEKEKK offrent des températures de ramollissement plus élevées que les produits chimiques PEEK traditionnels. Cette amélioration permet aux matériaux à base de PEK, tels que le HT, de conserver leur résistance et leur rigidité à des températures supérieures de 50°F, ce qui élargit le potentiel du PEEK dans les connecteurs électriques de fond de puits. Voir l’aperçu complet du PEEK HT
