Polyétherimide (PEI) Vue d’ensemble

Le polyétherimide (PEI) est un membre de la famille des polyimides, des matériaux de haute performance qui comprennent également le polyamide imide (PAI). Thermoplastique amorphe, la structure polymère du PEI comprend des liaisons éther (E) à la structure moléculaire du polyimide (PI). Cette modification permet au PEI d’être transformé à l’état fondu par moulage par injection et extrusion, une limitation des matériaux polyimides traditionnels tels que le Vespel® PI.

Dans sa forme de base, le polyétherimide est un ambre transparent. Ses performances se caractérisent par un rapport résistance/poids élevé avec une conservation de la résistance jusqu’à 199°C, une résistance à long terme à l’oxydation thermique, de bonnes propriétés électriques et une résistance inhérente aux produits chimiques et aux flammes. Le PEI est également reconnu pour la conservation de ses propriétés après une exposition prolongée à la vapeur et à l’eau chaude, un avantage pour les équipements de transformation alimentaire et les applications médicales qui nécessitent un nettoyage ou une stérilisation agressive.

La prolifération des grades de PEI depuis son introduction comprend plusieurs grades avec différents niveaux de renforcement en fibres de verre qui augmentent la résistance structurelle du thermoplastique haute performance.

La division Plastiques de General Electric Company a développé et commercialisé le polyétherimide en 1982 sous le nom de marque UltemTM PEI. L’activité plastique, avec sa vaste liste de polymères, dont l’Ultem PEI, un matériau unique à GE, a ensuite été rachetée par SABIC Plastics.

Grades de résine PEI, fournisseurs

SABIC reste le seul producteur de résines Ultem PEI et approvisionne le marché mondial à partir d’usines situées aux États-Unis et en Espagne.

À partir de la forme transparente initiale du matériau, la gamme de produits Ultem PEI s’est rapidement développée pour répondre aux exigences d’une liste croissante d’applications dans de multiples industries. Une large gamme de couleurs standard et personnalisées a été ajoutée pour servir les applications aéronautiques, médicales et alimentaires. Les différentes formes de PEI d’Ultem comprennent des granulés moulables et extrudables et des poudres d’enrobage pour s’adapter aux méthodes de production et aux applications les plus courantes du matériau. Plusieurs des grades de moulage et d’extrusion sous forme de granulés contiennent également des additifs pour améliorer l’aptitude à la transformation.

Parmi les grades à performances modifiées, les formulations renforcées de verre sont particulièrement utilisées pour les applications structurelles dans des environnements sévères où la résistance inhérente du PEI aux hautes températures, à la vapeur sous pression et à de nombreux produits chimiques agressifs est également avantageuse.

Plusieurs grades non remplis et modifiés de PEI Ultem sont facilement disponibles dans l’industrie en 1/2 produits sous forme de barres et de plaques usinables. Drake propose également ces produits sur demande.

L’un des grades les plus utilisés parmi les PEI renforcés par des fibres à ultra-hautes performances est le PEI Ultem 2300 renforcé avec 30% de fibres de verre. C’est également le principal matériau PEI de Drake Plastics, avec des produits disponibles sous forme de Seamless Tube® et de pièces usinées et moulées par injection. D’autres formes et grades de PEI Ultem sont disponibles sur demande, généralement avec des minimums modestes.

Configuration usinable unique développée par Drake, le tube sans soudure Ultem 2300 atteint un niveau de performance supérieur à celui des pièces usinées à partir de barres et de plaques. Sa configuration sans soudure élimine les problèmes associés aux lignes de soudure courantes dans les tubes thermoplastiques extrudés à paroi épaisse. Elle offre également des avantages économiques intéressants pour les composants dont les configurations se prêtent à l’usinage à partir de tubes plutôt que de barres.

Caractéristiques de performance de l’Ultem 2300 PEI

L’ajout d’un renforcement de 30 % de poudres de verre confère à l’Ultem 2300 PEI une augmentation substantielle de la rigidité et de la stabilité dimensionnelle aux températures extrêmes par rapport aux grades non chargés, tout en maintenant les avantages inhérents aux performances du polymère.

Les propriétés thermiques sous charge de l’Ultem 2300 PEI lui valent une place de choix dans la famille relativement restreinte des matériaux à ultra-hautes performances. Il a une température de transition vitreuse (Tg) de 215°C. Le renforcement de 30 % de fibres de verre porte sa température de fléchissement sous charge à 210°C, soit environ 10 % de plus que la qualité non renforcée. En ce qui concerne la stabilité dimensionnelle sur de fortes variations de température, son coefficient de dilatation thermique linéaire (CLTE) de 6,11 E-6/°C . rivalise avec l’aluminium de qualité aéronautique.

Résistance et stabilité structurelles

Les grades non renforcés d’Ultem PEI offrent une rigidité et une stabilité inhérentes à des températures élevées sous charge. L’ajout d’un renfort de 30 % de fibres de verre permet à l’Ultem 2300 de faire un grand pas en avant en matière de comportement structurel. Son module de flexion de 8 960 MPa (1 300 000 psi) est plus de deux fois et demie supérieur à celui de l’Ultem PEI non renforcé, ce qui explique les spécifications fréquentes du grade 2300 pour les applications de manutention chimique qui subissent des charges physiques élevées proches de sa température de transition vitreuse.

Stabilité hydrolytique

Comme tous les grades de PEI Ultem, le PEI Ultem 2300 résiste à la dégradation des propriétés physiques lorsqu’il est soumis à la vapeur et à l’exposition à l’eau pendant des périodes prolongées. Sa faible absorption d’humidité (0,90 % en poids à saturation) et la stabilité dimensionnelle qui en résulte en font un bon candidat pour les composants de pompes et les connecteurs électriques qui nécessitent une résistance à la température et aux produits chimiques, une grande solidité et la conservation de dimensions précises dans des conditions humides.

Rigidité diélectrique élevée

Les propriétés électriques inhérentes au polymère Ultem PEI s’appliquent également à l’Ultem 2300 renforcé de verre. Mesurant 770 V/mil dans l’huile et 630 V/mil dans l’air, la rigidité diélectrique de l’Ultem 2300 entraîne des spécifications fréquentes pour le thermoplastique haute performance dans les composants d’isolation électrique et d’isolement. Les applications typiques comprennent les connecteurs électriques, les boîtiers et corps de dispositifs, les bobines et les blocs de raccordement. La résine de base de l’Ultem PEI offre la plus grande résistance diélectrique de tous les thermoplastiques disponibles sur le marché (qu’il s’agisse d’un polymère semi-cristallin ou amorphe).

Résistance à la fissuration sous contraintes environnementales

Le PEI d’Ultem surpasse de nombreux autres thermoplastiques amorphes en matière de résistance chimique grâce à sa structure polymère à base de polyimide. Ce thermoplastique haute performance résiste à l’exposition à la plupart des fluides automobiles et aéronautiques, aux hydrocarbures aliphatiques, aux alcools, aux acides et aux solutions aqueuses faibles. En raison de la variabilité des concentrations chimiques, des températures et des charges physiques, toutes les applications du PEI d’Ultem et de tout autre matériau doivent être testées dans des conditions réelles afin de déterminer l’aptitude du matériau à être utilisé.

Inflammabilité et dégagement de fumée

L’Ultem 2300 PEI, comme la plupart des grades de PEI, présente une résistance à la flamme inhérente sans avoir besoin d’additifs ignifuges. Il a un indice d’oxygène limite (LOI) de 50 % et porte les indices UL94 V-0 et 94 V5A dans des épaisseurs spécifiques testées par UL. Le grade PEI renforcé de verre à 30 % génère également peu de fumée, ce qui en fait un candidat pour certains composants structurels et électriques des avions.

Avantages en termes de performances et de coûts : Drake’s Ultem 2300 PEI Seamless Tube® (tube sans soudure)

Drake Plastics a développé sa technologie de procédé Seamless Tube® pour surmonter les problèmes de performance associés à l’intégrité des lignes de soudure dans les tubes extrudés à paroi épaisse. Cette configuration unique de 1/2 produit présente également plusieurs autres avantages en termes de performances et de coûts pour les pièces et composants usinés finis.

Plus grande résistance

Le tube sans soudure Ultem 2300 PEI de Drake présente une résistance au cintrage bien supérieure à celle des configurations tubulaires usinées à partir de barres. Des tests d’éclatement indépendants montrent que le tube sans soudure offre deux fois plus de résistance à la rupture, un facteur important pour les pièces qui subissent des pressions et des charges internes ou externes élevées.

Comme le tube sans soudure est produit avec un flux uniforme dans toute la section transversale, il élimine les lignes de “soudure” faibles et résiste à des charges de contrainte radiale interne ou externe beaucoup plus importantes.

Amélioration de la stabilité dimensionnelle

Le tube sans soudure Ultem 2300 PEI de Drake a un coefficient de dilatation thermique linéaire (CLTE) pour le diamètre extérieur et le diamètre intérieur qui correspond étroitement aux valeurs d’écoulement de la fiche technique du fournisseur de résine. Cette constance résulte de l’expertise de Drake Plastics dans la production de tubes (Seamless Tube) sans soudure avec une orientation uniforme des fibres sur toute leur circonférence.

Un meilleur contrôle de la tolérance dans l’usinage

Les clients de Drake spécialisés dans l’usinage font état d’un meilleur contrôle de la tolérance, notamment en ce qui concerne la circularité et la concentricité, avec les tubes sans soudure (Seamless Tube) par rapport aux barres et aux plaques.

Lorsque des pièces cylindriques sont usinées à partir d’une barre, leur diamètre extérieur peut se rétrécir lorsque le matériau est évidé pour obtenir une configuration circulaire. En effet, lors de l’extrusion à l’état fondu d’une barre thermoplastique, la masse de matériau au cœur de la barre se refroidit généralement lentement, ce qui donne un niveau de contrainte interne différent de celui de la partie extérieure qui se refroidit plus rapidement. Le noyau ” lie ” également la zone extérieure de la barre. Lorsqu’elle est usinée, la différence de contrainte interne entre le noyau et le périmètre de la barre peut entraîner une déformation de la pièce usinée et lui donner une forme ovale.

Le tube sans soudure (Seamless Tube) en PEI Ultem 2300 de Drake élimine le matériau central et présente un comportement constant sur toute la section transversale lorsqu’il est usiné.

Réduction des pertes de matériaux et du temps d’usinage

Avec le tube PEI sans soudure (Seamless Tube) Ultem 2300, le perçage est éliminé et la dimension et la tolérance du diamètre intérieur peuvent être usinées rapidement et avec précision. Cela réduit considérablement la perte de matière associée à l’usinage de configurations circulaires par carottage de la barre. Il réduit également le nombre d’heures de forage et l’usure de l’outil, deux facteurs qui peuvent être importants avec des matériaux renforcés par des fibres abrasives comme l’Ultem 2300 PEI.

Combinaisons OD/ID à délai d’exécution rapide

Le tube sans soudure (Seamless Tube) Ultem 2300 PEI est utilisé dans de nombreuses opérations de maintenance et de réparation dans les secteurs du pétrole et du gaz et dans d’autres secteurs où la rapidité d’exécution est essentielle au maintien des opérations. Drake produit un large éventail de combinaisons OD/ID de tubes sans soudure (Seamless Tube) Ultem 2300 PEI pour une rotation rapide. La gamme de dimensions permet également une efficacité au niveau des matériaux et de l’usinage, des avantages qui s’alignent précisément sur la philosophie de fabrication lean de Drake.

Applications typiques de l’Ultem 2300 PEI Seamless Tube®.

  • Composants structurels, bagues, joints d’étanchéité dans les équipements de traitement du pétrole, du gaz et des produits chimiques.
  • Isolateurs thermiques ; isolateurs électriques.
  • Composants aéronautiques structurels, connecteurs électriques, boîtiers de composants et d’éclairage.
  • Blocs de connecteurs électriques, corps et bobines.