PEEK

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 variété d’applications. Il est connu pour son impressionnante durabilité dans des environnements difficiles. Les grades renforcés de verre et de carbone sont parmi les plus solides de tous les thermoplastiques à température ambiante et les grades non chargés sont très résistants à certains des environnements les plus agressifs chimiquement, y compris la vapeur à haute pression.

Développé par ICI (Imperial Chemical Industries) en fin 1979 et commercialisé par Victrex PLC au début des années 1980, il est de plus en plus utilisé depuis près de 40 ans. D’autres sociétés, dont Solvay, se sont lancées dans la production de résine PEEK au début des années 2000, après l’expiration des droits de brevet de Victrex PLC. La reconnaissance du nom favorise toujours les marques Victrex, mais d’autres, comme le PEEK Ketaspire de Solvay, gagnent chaque année des volumes et des parts de marché. Aujourd’hui, Solvay est le seul producteur américain de résine PEEK.

Pourquoi PEEK ?

PEEK est l’abréviation de polyéther éther cétone, ce qui n’a de sens que pour les personnes ayant de solides connaissances en chimie. Avec des 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 polyaryléthercétones (PAEK). Cette famille de PAEK couvre un certain nombre de compositions différentes avec des rapports différents entre les groupes éther et les groupes cétone, dont la plus courante est le PEEK. Indépendamment de la chimie spécifique, c’est la structure chimique du polycétone qui rend le PEEK si formidable dans de nombreux environnements. Qu’est-ce qui fait que le PEEK est naturellement adapté à tant d’applications techniques ?

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1. 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 343°C (650 degrés Fahrenheit). Il est utile à des températures allant jusqu’à près de 260°C (500° F) à long terme et bien plus élevées à court terme, ce qui est bien au-delà de ce dont la plupart des polymères sont capables. La température de transition vitreuse ou de ramollissement du PEEK est proche de 148°C. Cette caractéristique inhérente peut être compensée par des renforcements et des modifications chimiques.
2. Une formidable résistance chimique – Le PEEK non chargé offre une résistance chimique étendue qui se rapproche de celle du PTFE, mais avec une résistance bien supérieure. C’est pourquoi il est le choix préféré des entreprises de traitement chimique et des sociétés pétrolières et gazières. Parmi les produits chimiques qu’il peut supporter, citons la plupart des acides (les seules exceptions sont 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’hydroxyde 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.
3. Résistance supérieure à l’usure – Peu de polymères peuvent égaler le PEEK en termes de résistance à l’usure. Bien entendu, le terme « usure » est un terme général, qui nécessite une explication plus approfondie.
   L’usure par abrasion désigne l’action de coupe provoquée par les irrégularités de la contre-surface. L’usure par fatigue désigne la déformation du matériau 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 confèrent une résistance à l’usure par abrasion et par fatigue, et c’est un matériau à faible friction naturelle. Le PEEK allié au graphite PTFE et à la fibre de carbone offre 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 également, à condition que la contrainte et la vitesse maximales soient faibles. Le PEEK chargé de vingt pour cent (20 %) de PTFE (FE20) offre un coefficient de friction inférieur et des taux d’usure améliorés par rapport au PEEK non chargé.
4. Grande facilité de transformation- La facilité de transformation du PEEK a contribué à sa large acceptation dans les applications commerciales de grand volume. Les composants en PEEK sont moulés par injection dans des outillages de grand volume équipés de systèmes à canaux chauds, usinés à partir de 1/2 produits extrudées et moulées par injection et même estampés et usinés à partir de bandes minces ou de films. L’usinage des thermoplastiques à haute performance 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 du volume de copeaux inutiles à enlever et du temps d’usinage nécessaire à l’enlèvement. Le poids moléculaire élevé et la stabilité à l’état fondu du PEEK lui permettent d’être extrudé en grandes sections telles que des barres rondes de plus de 200 mm de dia, des plaques jusqu’à 100mm (4″) d’épaisseur ainsi que des tubes avec des parois de 50mm (2″) d’épaisseur. Plus de 50 dimensions différentes de barres rondes et de plaques 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 extensif nécessaire pour produire des composants aux géométries complexes, une des raisons pour lesquelles on le trouve dans tant d’applications diverses.
5. Biocompatibilité – L’industrie médicale est toujours à la recherche de matériaux pouvant être utilisés en contact et 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 si le matériau est accepté, il peut s’user en raison de l’usure abrasive et de la friction intense, ce qui fait que des morceaux du matériau se détachent et interfèrent avec la fonction biologique. La haute résistance et le module du PEEK, qui se rapproche de l’os humain, ont déjà été utilisés dans de nombreuses procédures, notamment les implants rachidiens et la reconstruction du crâne. Le PEEK est inerte et biocompatible et est considéré comme un candidat de choix pour les surfaces et les pièces en contact direct avec des fluides biologiques, que ce soit lors d’analyses chimiques ou de procédures chirurgicales.

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 transformation font du PEEK le matériau de choix lorsqu’une résistance élevée et une inertie, notamment à température élevée, sont nécessaires dans de nombreuses industries. De nouvelles utilisations du polymère sont imaginées en permanence. Parmi les principales utilisations du polymère, on peut citer :

1. Semi-conducteurs et électronique– La capacité du PEEK à conserver sa résistance à des températures élevées, sa pureté ainsi que sa capacité à résister aux produits chimiques agressifs en font un matériau naturel pour la fabrication de semi-conducteurs et d’électronique. Le PEEK peut être usiné en outils et matériel de manipulation des tranche de silicium, ce qui est particulièrement utile lors du lavage chimique. Le PEEK non chargé est également critique lors de la production de puces, notamment lors de la planarisation et de la gravure chimico-mécanique. L’une des plus grandes applications en volume du film PEEK est la fabrication de téléphones portables.
2. 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 de joints 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 de fond de puits agressifs. Les sièges de vanne et les joints en PEEK permettent de gérer le flux de gaz et de liquides pétrochimiques sans risque de dégradation chimique.
3. 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 le faible dégagement de fumée et l’excellente résistance thermique du PEEK qui s’avèrent précieux, 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 une bonne solution pour l’électronique aérospatiale, qui a tendance à être fortement sollicitée, et pour les isolateurs thermiques, qui doivent supporter à la fois une chaleur élevée et des conditions très froides. Les grades de PEEK renforcés de fibres de carbone comme le 450CA30 et le KT820CF30 offrent une résistance et une rigidité maximales sans la densité élevée des grades de PEEK renforcés de verre.
4. 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, notamment pour les implants vertébraux 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 signifient qu’il peut résister à des passages répétés à l’autoclave, ce qui lui permet de fonctionner dans des instruments médicaux réutilisables. La radiotransparence du PEEK est également précieuse. En d’autres termes, le PEEK reste invisible à la radio-imagerie, qui comprend le scanner et l’IRM, ainsi que l’imagerie radiographique. Cette radiotransparence est particulièrement importante pour l’étude des processus de croissance des tissus, car l’implant ne masque pas les tissus environnants.
5. Alimentation et emballage – Le PEEK non chargé existe dans des variétés de qualité alimentaire, il peut donc être intégré dans des appareils et des surfaces qui entrent en contact avec des aliments. Les applications standard comprennent les buses de remplissage, les palettes de mélange, les roulements, les bagues et les composants de vannes, en particulier ceux utilisés dans le traitement des agrumes et les machines de remplissage à chaud. Les corps des vannes sont passés de l’acétal au PEEK non chargé à mesure que les températures de traitement augmentaient. De plus, le PEEK non chargé est imperméable à toutes les solutions de nettoyage en place (NEP).

Ce qui précède ne fait qu’effleurer la surface des applications du PEEK. À mesure que les entreprises s’efforcent d’atteindre une rentabilité  » en service  » de plus en plus grande, elles se tournent souvent vers le PEEK pour y parvenir. Le PEEK est le polymère haute performance le plus disponible et le plus polyvalent du marché actuel.

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