Aperçu de la polyaryléthercétone (PAEK)
La désignation chimique polyaryléthercétone (PAEK) s’applique à une famille de polymères dont la structure comporte un nombre quelconque d’aryles, d’éthers et de cétones. Solvay a commercialisé une version sous le nom d’AvaSpire PAEK. Toutes les références à PAEK sur notre site web concernent les grades AvaSpire. Considéré comme un hybride du PEEK (polyétheréthercétone), le PAEK possède une liaison aryle (A) dans sa structure moléculaire qui confère au polymère un module élevé, une stabilité thermique et des propriétés ignifuges.
Les propriétés du PAEK se situent entre celles du PEEK et celles d’autres thermoplastiques à très hautes performances tels que le PEI (polyétherimide) et le PAI (polyamide imide). Par exemple, la température de transition vitreuse (Tg) du PAEK de 316°F (158°C) est légèrement supérieure à celle du PEEK, mais nettement inférieure à la Tg du PAI de 537°F (280°C).
Parce qu’il conserve sa rigidité à plus de 300°F (150°C) et qu’il possède de bonnes propriétés mécaniques générales, le PAEK peut remplacer le PEEK pour certaines applications, en fonction de la charge de contrainte et de l’environnement chimique. Il peut également constituer une option économique par rapport au PEEK pour les applications qui nécessitent de grandes quantités de pièces spécifiques ou des dimensions de stock.
Grades de polymères PAEK
Solvay produit et fournit du PAEK dans plusieurs familles de grades sous son nom commercial AvaSpire® PAEK. Les grades non renforcés varient quelque peu en termes de caractéristiques d’écoulement de la matière fondue afin de répondre aux exigences des différents procédés et applications de fusion. En ce qui concerne les performances thermiques, les qualités non renforcées ont une Tg similaire de 316°F (158°C) et présentent des niveaux comparables de propriétés mécaniques et de stabilité dimensionnelle. Des formulations résistantes à l’usure sont également disponibles. Des formulations de PAEK renforcées par des fibres de verre et de carbone ont également été mises au point pour des applications nécessitant une résistance et une rigidité supérieures à celles des versions non chargées du matériau thermoplastique.
Des grades non chargés et renforcés par des fibres sont disponibles pour le traitement à l’état fondu par extrusion et moulage par injection. Un grade non renforcé dont les caractéristiques à l’état fondu conviennent à l’extrusion de films et de tubes minces est également disponible dans la famille des polymères PAEK d’AvaSpire.
Une caractéristique notable des polymères PAEK est leur colorabilité. C’est un avantage pour les pièces d’aspect où les critères de sélection des matériaux comprennent l’esthétique et le maintien de la résistance jusqu’aux limites de performance thermique du plastique haute performance. Parmi les applications typiques du PAEK dans cette catégorie figurent les poignées d’instruments médicaux et dentaires, ainsi que les boîtiers et les composants d’appareils électriques.
PAEK - Formes en stock pour l'usinage
Drake Plastics produit des semi-produits à partir de diverses formulations de PAEK et les fournit avec la désignation du grade AvaSpire à partir duquel ils sont produits. Les grades spécifiques comprennent AvaSpire 621 NT PAEK, un matériau naturel non renforcé conforme à la FDA et offrant une bonne résistance aux chocs. AvaSpire 621 GF30 PAEK offre une résistance mécanique plus élevée grâce à son renfort de 30 % de fibres de verre. Il est également conforme aux normes de la FDA. AvaSpire 621 CF30, une nuance renforcée à 30 % par des fibres de carbone, vient compléter la gamme des semi-produits PAEK à haute résistance de Drake destinés à l’usinage. Outre ses propriétés mécaniques et sa conformité à la FDA, AvaSpire 621 CF30 PAEK présente également une meilleure résistance à l’usure que les formulations AvaSpire non chargées et renforcées de verre.
Drake fournit plusieurs dimensions de pièces PAEK AvaSpire en stock et extrude d’autres configurations sur demande. Les capacités comprennent également l’usinage CNC de composants de précision à partir de nos semi-produits AvaSpire PAEK et le moulage par injection de pièces dans les qualités AvaSpire PAEK spécifiées par les clients de Drake.
Caractéristiques de performance du PAEK
Le PAEK offre de bonnes propriétés générales et est souvent comparé à d’autres polymères de polyéthercétone lors de l’évaluation des matériaux pour une application.
Par exemple, AvaSpire PAEK de Solvay présente des similitudes dans plusieurs domaines de performance avec le PEEK, un thermoplastique à très hautes performances fourni par Solvay et Victrex PLC. Il existe également des différences notables. Les limites thermiques supérieures pour la conservation de la résistance sont légèrement plus élevées pour le PAEK, tandis que le PEEK offre une plus grande résistance à l’usure et à la fatigue. En outre, alors que le PAEK présente une très bonne résistance à l’environnement, le PEEK supporte une gamme plus large de produits chimiques. Le résumé des performances qui suit met en évidence certaines similitudes et différences essentielles :
Résistance à 150ºC
Sa structure de polymère polycétone hybride avec la liaison aryle confère au PAEK un niveau de rigidité plus élevé dans la plage de température de 300°F (150°C) par rapport au PEEK. Ceci est évident dans la Tg (température de transition du verre) ou le point de ramollissement de chaque matériau, avec le PAEK mesurant 316°F (158°C) comparé au PEEK à 302°F (150°C). Le maintien de la résistance dans cette plage de température est l’attribut clé où le PAEK a un avantage de performance sur le PEEK.
Propriétés mécaniques
Alors que le PEEK est plus performant sur des facteurs tels que la résistance structurelle et la rigidité, le PAEK est reconnu comme ayant un bon équilibre des propriétés mécaniques globales. Par exemple, le module de flexion du PAEK non renforcé atteint la valeur impressionnante de 3100 MPa (450 000 psi), bien qu’il soit légèrement inférieur à celui du PEEK, qui est de 3700 MPa (537 000 psi). La résistance à la flexion présente une différence de pourcentage similaire en faveur du PEEK. Le PEEK et le PAEK ne présentent pas de rupture lors des essais d’impact sans entaille, mais la résistance à l’impact avec entaille du PAEK est supérieure d’environ 10 % à celle du PEEK lors d’essais comparables.
Conformité à la FDA
Quels que soient les additifs utilisés dans la formulation, toutes les qualités de PAEK fournies sous la marque AvaSpire sont conformes aux normes de la FDA. Cette caractéristique et sa colorabilité en font un bon candidat pour les boîtiers et les instruments des équipements dentaires et médicaux. Le PEEK répond également aux exigences de conformité de la FDA pour les mêmes types d’applications.
Résistance chimique
La structure polymérique unique du PEEK est à la base de sa résistance chimique supérieure à celle des autres polyéthercétones, et c’est l’une des principales raisons pour lesquelles il est largement utilisé comme matériau pour les composants des équipements de traitement du pétrole, du gaz et des produits chimiques. Cependant, tous les polyéthercétones présentent une bonne résistance à de nombreux environnements chimiques, et le PAEK ne fait pas exception à la règle.
Étant donné que des variables telles que les températures de fonctionnement, les pressions et les niveaux de contrainte interne dans les pièces finies peuvent affecter les performances de tout matériau, toutes les applications doivent être testées dans des conditions et des environnements d’utilisation finale réels.
Propriétés électriques
Les propriétés électriques du PAEK en font un candidat pour des applications telles que les connecteurs, les blocs de connexion et les isolateurs. La rigidité diélectrique de l’AvaSpire AV-621 NT PAEK de Solvay, un matériau non renforcé disponible en stock chez Drake Plastics, est de 422 V/mil (16,6 kV /mm) à une épaisseur de 3,2 mm. Sa résistivité volumique est de 6,2 x1017 Ω – cm et sa constante diélectrique sur une large gamme de fréquences est de 3,1.
Retardateur de flamme
Comme tous les polymères de polyéthercétone, le PAEK possède des propriétés ignifuges qui lui valent un classement 94 V-O dans les épaisseurs testées par UL. Ses indices d’inflammabilité et ses propriétés électriques en font un concurrent pour les composants d’appareils électriques, les connecteurs et les isolateurs.
Applications typiques de PAEK
L’équilibre global de ses propriétés, sa résistance chimique et sa colorabilité font du PAEK un candidat pour des applications telles que.. :
- Poignées d’instruments dentaires et chirurgicaux et boîtiers d’appareils électriques qui tirent parti de la colorabilité du PAEK et de sa résistance à la vapeur et à d’autres types de stérilisation.
- Connecteurs électriques, blocs de connecteurs, composants d’équipements électriques et boîtiers.
- Sièges de soupape d’équipements pétroliers et gaziers et de traitement chimique, plaques de soupape de compresseurs, bagues, roulements et autres composants de manipulation de fluides à haute température.
- Composants pour les équipements de traitement, de remplissage et d’emballage des produits alimentaires et pharmaceutiques qui doivent être conformes aux normes de la FDA et résister au nettoyage et à la désinfection à haute pression et à haute température.
