PEEK (polyéthercétone) Vue d’ensemble

Le polyétheréthercétone, communément appelé PEEK, fait partie de la famille des thermoplastiques semi-cristallins. Parmi les autres matériaux semi-cristallins dont la structure présente différents rapports éther/cétone, citons le PEK, le PEKK, le PEKEKK et le PAEK. Cependant, le rapport unique de 2:1 entre l’éther (E) et la cétone (K) du polymère PEEK lui confère une résistance chimique supérieure à celle des autres polyéthercétones et constitue un facteur majeur contribuant à l’utilisation plus répandue du PEEK.

Reconnu pour ses hautes performances, le PEEK possède une liste impressionnante de propriétés physiques. Le thermoplastique semi-cristallin résiste également à une exposition à long terme à la vapeur haute pression, à l’eau chaude et à de nombreux produits chimiques hautement agressifs. Sa résistance à l’usure sous charge dynamique s’ajoute aux avantages de performance qui sous-tendent les spécifications du PEEK pour les composants moulés par injection et usinés qui doivent résister à des conditions de service sévères.

Résine PEEK – fournisseurs, produits

Depuis l’introduction commerciale du PEEK en 1980, Victrex PLC est devenu son principal producteur et fournit ce thermoplastique à ultra-hautes performances dans le monde entier à partir de ses activités au Royaume-Uni. Les efforts de développement d’applications de l’entreprise s’étendent sur plus de 40 ans et ont conduit à l’utilisation généralisée du PEEK pour des composants dans l’aérospatiale, l’exploration et la production de pétrole et de gaz, la fabrication de semi-conducteurs, les équipements médicaux, militaires et de défense.

Avec la prolifération des pièces spécifiées en Victrex® PEEK et la sensibilisation croissante des ingénieurs aux capacités du matériau, de nouvelles possibilités d’application sont apparues, au-delà des limites de performance des grades initiaux. Ces possibilités ont conduit à la mise au point de matériaux en PEEK destinés à un plus large éventail d’applications. Les grades à performances accrues comprennent des formulations présentant des propriétés améliorées en matière de palier et d’usure, ainsi qu’un renforcement en fibres de verre et de carbone qui augmente considérablement la résistance structurelle du PEEK.

Sa mise en œuvre relativement facile à l’état fondu a également permis d’adapter la résine PEEK à diverses méthodes de traitement, notamment le moulage par injection, le moulage par compression et l’extrusion de fibres, de tuyaux, de tubes, de films et de formes usinables. L’ouverture de ces alternatives de transformation a encore élargi la gamme d’applications du PEEK et les industries dans lesquelles le matériau est spécifié.

Solvay a commencé à produire de la résine PEEK aux États-Unis au début des années 2000 et a également développé activement des produits pour des applications de service sévères dans une série d’industries. Commercialisée sous la désignation KetaSpire® PEEK, la famille de grades de Solvay comprend des formulations dont les performances sont améliorées pour une plus grande résistance à l’usure et une plus grande solidité structurelle. La famille de produits PEEK KetaSpire® est aussi généralement traitée par fusion, par extrusion et par moulage par injection, et sert de nombreuses industries et applications sous la forme de pièces moulées, de 1/2 produits extrudées qui sont usinés en composants de précision, et de films et tubes extrudés.

Les développements plus récents des polymères PEEK par Victrex PLC et Solvay comprennent des grades biocompatibles pour les applications humaines implantables et non implantables dans le domaine des sciences de la vie, ainsi que des grades capables de résister à des températures plus élevées. Invibio Biomaterial Solutions, une société Victrex, désigne son grade d’implant sous le nom de PEEK-OptimaTM, et Solvay marque son produit implantable Zeniva®. PEEK.

1/2 produits de PEEK pour l’usinage

En raison de la relative facilité de transformation du PEEK, les ateliers d’usinage du monde entier peuvent facilement se procurer des 1/2 produits standard fabriquées à partir d’une variété de grades de ce thermoplastique à très hautes performances. Drake fournit sa gamme complète de 1/2 produits en PEEK à un grand nombre de ces entreprises d’usinage qui sont bien qualifiées dans la production de pièces de précision de haute qualité.

Contrôle du processus PEEK et technologie d’orientation des fibres de Drake

La technologie de Drake Plastics en matière d’extrusion et de moulage par injection de formes en PEEK se concentre sur le contrôle rigoureux des températures et des pressions élevées impliquées dans la transformation de la matière fondue. Notre expertise dans ce domaine garantit les niveaux maximums de propriétés et de stabilité dimensionnelle des pièces usinées et moulées en PEEK.

Avec les grades de PEEK renforcés de fibres de verre et de carbone, un facteur important dans la détermination des performances de la pièce finie lors du traitement et de l’usinage implique la technologie permettant de gérer l’orientation des fibres. Il s’agit d’un domaine dans lequel Drake possède des décennies d’expérience réussie, tant dans le traitement de la matière fondue que dans la définition de l’orientation idéale des fibres dans les pièces usinées afin d’obtenir une résistance et une stabilité dimensionnelle maximales pour votre application.

1/2 produits PEEK de Drake, noms commerciaux

Drake propose une gamme complète de 1/2 produits en PEEK, depuis les qualités non renforcées et améliorées pour les paliers et l’usure jusqu’aux formulations renforcées de verre et de fibres, dans la plus large gamme de dimension du secteur.

Selon le grade spécifique de la résine utilisée, Drake Plastics applique les marques Victrex® PEEK ou Solvay KetaSpire® PEEK à ses 1/2produits extrudées de qualité optimale. Ces 1/2 produits haut de gamme comprennent celles qui sont uniques à Drake, comme les barres rondes et les plaques de 255 mm de diamètre et de 200 mm d’épaisseur, qui représentent les plus grandes tailles de formes extrudées disponibles dans le monde.

Drake propose également des formes portant la marque Drake Industrial Grade PEEK dont la qualité est équivalente ou légèrement supérieure à celle des autres 1/2 produits PEEK disponibles dans le commerce. Comme c’est le cas pour les barres rondes Peek et plaques de la concurrence, les produits que nous désignons sous le nom de PEEK de qualité industrielle Drake sont fournis sans les certifications de résine confirmant la conformité à la norme Mil-P46183. Ils sont extrudés en grands volumes dans des conditions qui permettent d’obtenir les économies requises pour certaines applications.

Profil de performance du PEEK

Conservation de la résistance et stabilité dimensionnelle à des températures élevées

Le PEEK est très performant en matière de résistance à la flexion et à la traction à des températures élevées. Ses propriétés comprennent une Tg (température de transition vitreuse) de 150°C. Dans les qualités non renforcées, sa température de fléchissement sous charge est de 157°C,. et les qualités renforcées de fibres conservent une résistance élevée à des températures encore plus élevées. Les données sur les propriétés de Victrex indiquent que la température de fléchissement sous charge de son PEEK Victrex 450 CA30 renforcé de 30 % de fibres de carbone, par exemple, est de 271°C, ce qui représente une augmentation significative des performances par rapport aux formulations non renforcées. Il est important de noter que cette valeur est dérivée d’échantillons moulés avec les fibres orientées de manière optimale pour les tests. Les pièces réelles moulées par injection ou les pièces usinées à partir de 1/2 produit ne permettront probablement pas d’obtenir ce meilleur résultat possible.

Le PEEK présente également une résistance exceptionnelle au fluage ou à l’écoulement à froid sous charge à haute température. Il présente également une grande stabilité dimensionnelle lorsqu’il est exposé à des variations de température extrêmes, grâce à son faible coefficient de dilatation thermique linéaire.

Drake Plastics extrude et moule par injection plusieurs des formulations de PEEK à haute résistance renforcées par des fibres de verre et de carbone. Les grades comprennent le KetaSpire KT820 GF30 de Solvay, renforcé de 30 % de fibres de verre, et le KetaSpire KT 820CF30, renforcé de 30 % de fibres de carbone, ainsi que le PEEK 450 CA30 de Victrex, renforcé de 30 % de fibres de carbone.

Résistance à l’usure

Bien que le PEEK présente une résistance inhérente élevée à l’usure, des grades améliorés de PEEK pour les paliers et l’usure sont disponibles pour les applications exposées à des niveaux sévères de charge dynamique et de vitesse. Un avantage majeur pour les machines et les équipements de production est que les pièces mobiles fabriquées à partir de ces qualités ne nécessitent souvent pas de lubrification externe. Cela permet d’éliminer la contamination par les lubrifiants, ce qui constitue un avantage important pour les opérations de fabrication propre de produits alimentaires, pharmaceutiques et autres. Grâce à leur durée de vie plus longue, les pièces fabriquées à partir de grades PEEK résistants à l’usure peuvent également réduire les coûts de maintenance et prolonger les temps de production entre les entretiens programmés pour le remplacement des pièces.

Parmi les exemples de qualités de PEEK pour paliers et de PEEK anti-usure que Drake Plastics transforme en formes et pièces standard, citons le Victrex 450 FC30 “10-10-10” qui contient du PTFE, du graphite et des fibres de carbone, et le Victrex 450 FE20 PEEK contenant 20 % de poudre de PTFE dispersée. Les deux qualités sont également conformes à la FDA. Les grades structuraux renforcés de fibres de carbone Victrex 450 CA30 et KetaSpire KT820 CF30 sont les plus performants dans certaines applications de paliers, notamment celles qui nécessitent une rigidité et une résistance accrues. Les principales exigences pour atteindre les plus hauts niveaux de performance sont une contre-face d’usure suffisamment dure et lisse dans un assemblage, et des conditions de fonctionnement où la dissipation de la chaleur est adéquate.

Résistance aux produits chimiques et à l’hydrolyse

La résistance chimique est l’un des attributs les plus remarquables du PEEK. Le rapport unique de 2:1 entre l’éther (E) et la cétone (K) de ce thermoplastique haute performance lui confère une résistance chimique supérieure à celle des autres polyéthercétones tels que le PEK, le PAEK et le PEKEKK. Sa capacité à résister à une exposition à long terme à une gamme remarquablement large de produits chimiques a conduit à de nombreuses applications où il a remplacé les métaux pour une durée de vie plus longue dans des environnements agressifs tels que les équipements de fond de puits de forage dans l’industrie pétrolière et gazière.

Le PEEK résiste également à une exposition prolongée à l’eau chaude, à la vapeur et aux radiations. Les applications dans le domaine de l’agroalimentaire et de la production pharmaceutique tirent parti de cet avantage avec le PEEK de qualité “palier” conforme à la FDA pour les composants qui nécessitent un nettoyage et une désinfection approfondis entre les productions.

Pureté

L’industrie de la fabrication de semi-conducteurs a spécifié diverses qualités de PEEK pour les outils et les fixations en raison de sa pureté inhérente. Cet attribut minimise la contamination ionique lors des processus humides utilisant divers produits chimiques à des températures élevées.

Indices d’inflammabilité

Ses caractéristiques d’inflammabilité font également du PEEK un choix fréquent pour les composants électriques et aéronautiques. Le PEEK non renforcé est classé UL94 V-0 à 1,52mm et les grades renforcés de fibres sont classés UL94 V-0 à 0,51mm d’épaisseur. Le PEEK répond également aux normes de la FAA en matière de production de flammes et de fumée pour les composants structurels et électriques des avions.

Applications typiques du PEEK

Les applications de la gamme de formulations de PEEK sont généralement caractérisées par la nécessité d’une résistance chimique et à l’hydrolyse du thermoplastique haute performance, d’une résistance élevée jusqu’à ses limites de température, d’une pureté ionique et d’une résistance à l’usure.

L’industrie pétrolière et gazière a reconnu les avantages du PEEK pour les composants utilisés dans les équipements de fond de puits où le PEEK est spécifié pour les joints, les sièges de soupape, les isolateurs et les connecteurs électriques. Les applications des équipements de production industrielle comprennent les composants des paliers et des machines d’usure ainsi que les pointes des outils de soudage au plasma. L’inertie chimique et le faible taux d’impuretés ioniques expliquent le choix du PEEK pour les outils et les fixations dans les procédés chimiques de fabrication des semi-conducteurs. Sa faible production de fumée, sa résistance structurelle et sa résistance thermique font partie des avantages du PEEK en termes de performances pour les composants aéronautiques. Les grades de palier et d’usure conformes à la FDA et les grades de PEEK non modifiés servent également à une variété d’applications de contact alimentaire dans les équipements de traitement et d’emballage.

Les possibilités d’application du PEEK continuent de s’étendre avec le développement de nouvelles classes de ce thermoplastique à très hautes performances. Le PEEK XT haute température, par exemple, est destiné à des applications qui dépassaient les capacités thermiques des grades PEEK traditionnels. En outre, Solvay et Victrex ont élargi les utilisations du PEEK grâce à leurs développements de grades biocompatibles.

PEEK haute température

Le PEEK haute température, développé par Solvay et désigné KetaSpire® PEEK XT, étend les propriétés thermiques et mécaniques et donc la gamme d’applications de ce thermoplastique exceptionnel à haute performance. Le matériau est un véritable PEEK. Il présente le même rapport éther (E) / cétone (K) de 2:1 qui confère au polymère une résistance chimique intrinsèquement supérieure à celle des autres polyéthercétones résistant aux hautes températures.

Les résines KetaSpire PEEK XT haute température disponibles pour le moulage par injection et l’extrusion comprennent un grade non renforcé et des formulations renforcées à 30 % par des fibres de verre et de carbone.

En ce qui concerne les performances thermiques, la température de transition vitreuse du PEEK XT de 170°C est supérieure de 2°C à celle du PEEK non renforcé traditionnel. Sa température de fusion est également plus élevée de 27°C. Le PEEK XT haute température conserve également sa résistance mécanique supérieure et ses excellentes propriétés électriques à des températures dépassant les capacités des grades PEEK traditionnels. Solvay indique que le PEEK XT présente un module de traction 400 % plus élevé et une résistance à la traction près de 50 % plus élevée à 160°C que le PEEK traditionnel. Il offre également une amélioration importante de la rigidité diélectrique et de la résistivité volumique pour les applications électriques exposées à des températures extrêmes plus élevées.

Les applications des différents grades de PEEK XT à ultra-hautes performances tirent parti de leur meilleure rétention de la résistance à des températures plus élevées, de l’isolation et de l’isolement électriques et des propriétés ablatives par rapport au PEEK traditionnel.

Les capacités de Drake en matière de PEEK XT haute température comprennent des pièces moulées par injection et des 1/2 produits pour l’usinage, ainsi que des pièces de précision usinées par CNC. Tous sont basés sur le PEEK non renforcé KetaSpire XT-920 NT, le KetaSpire XT-920 CF30 renforcé de 30 % de fibres de carbone et le KetaSpire XT-920 GF30 renforcé de 30 % de verre de Solvay.

Grades de PEEK médicaux et biocompatibles

Le PEEK offre plusieurs avantages par rapport aux métaux et autres matériaux pour les applications médicales et les sciences de la vie. La résistance inhérente du matériau aux produits chimiques, aux rayons gamma et à la vapeur à haute pression ajoute une longue durée de vie aux instruments et aux dispositifs qui nécessitent des cycles fréquents en autoclave et une stérilisation. La légèreté est un avantage pour les outils chirurgicaux et dentaires. La possibilité de mouler par injection le PEEK permet également une reproduction économique et exacte des outils et des dispositifs dans la production en grande série. Plusieurs grades de PEEK sont disponibles avec les exigences de conformité et de certification pour ces applications et d’autres applications de l’industrie médicale.

Les grades de PEEK implantables, notamment, ont également été largement acceptés dans le domaine médical. Ils offrent une grande résistance ainsi qu’une radiotransparence, un avantage pour la visualisation des dispositifs implantés par diverses méthodes d’imagerie médicale.

Victrex a développé une famille de grades biocompatibles sous la désignation PEEK-OptimaTM qui ont été acceptés pour les composants et les dispositifs destinés aux implants humains à court terme et permanents. Ces qualités sont rigoureusement gérées par invibio® Biomaterials Solutions, une société de Victrex, et portent la désignation commerciale PEEK-OptimaTM.

Solvay propose également un portefeuille de grades PEEK biocompatibles pour des applications implantables et non implantables. Ces matériaux portent le nom de marque Zeniva® PEEK et sont disponibles dans des conditions rigoureusement gérées pour les entreprises qualifiées de l’industrie médicale.

Développement de produits et usinage de produits avancés en PEEK de Drake

Le développement de transformation et de produits dans de nouveaux matériaux tels que le PEEK XT haute température est également une préoccupation majeure chez Drake. Nos investissements dans ce domaine permettent aux ingénieurs et aux prescripteurs d’accéder à de nouveaux thermoplastiques de haute performance dans une large gamme de dimensions et de configurations de 1/2 produits pour les pièces usinées. Les capacités de moulage par injection de Drake sont également disponibles pour passer en douceur des pièces usinées aux pièces moulées lorsque les volumes justifient l’investissement dans l’outillage.

Nos systèmes rigoureux de contrôle de la qualité et nos certifications ont également positionné Drake comme un partenaire capable et de confiance pour l’extrusion, l’usinage et le moulage de composants pour les clients de l’industrie médicale et des sciences de la vie qui nous fournissent les 1/2 produits et les résines PEEK Zeniva® implantables de Solvay.