Aperçu du polyétherimide (PEI)
Le polyétherimide (PEI) fait partie de la famille des polyimides, matériaux à hautes performances, qui comprend également le polyamide-imide (PAI). Thermoplastique amorphe, la structure polymérique du PEI comprend des liaisons éther (E) avec la structure moléculaire du polyimide (PI). Cette modification permet au PEI d’être traité 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 rétention de la résistance jusqu’à 200°C (390°F), 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 sa capacité à conserver ses propriétés après une exposition prolongée à la vapeur et à l’eau chaude, un avantage pour les équipements de transformation des aliments et les applications médicales qui nécessitent un nettoyage agressif ou une stérilisation.
La prolifération des qualités de PEI depuis son introduction comprend plusieurs niveaux de renforcement en fibres de verre qui augmentent la résistance structurelle du thermoplastique haute performance.
La division plastique de General Electric Company a développé et commercialisé le polyétherimide en 1982 sous la marque Ultem™PEI. L’activité plastique, avec sa longue liste de polymères, dont le PEI Ultem, un matériau propre à GE, a ensuite été rachetée par SABIC Plastics.
Grades de résine PEI, Fournisseurs
SABIC reste le seul producteur de polymères PEI Ultem et approvisionne le marché mondial à partir d’usines situées aux États-Unis et en Espagne.
Depuis la forme transparente initiale du matériau, la gamme de produits PEI Ultem 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 répondre aux besoins des applications aéronautiques, médicales et alimentaires. Les différentes formes d’Ultem PEI comprennent des granulés moulables et extrudables et des poudres de revêtement pour répondre aux méthodes de production et aux applications les plus courantes du matériau. Plusieurs des qualités de produits moulés par injection et extrusion contiennent également des additifs destinés à améliorer la facilité de mise en œuvre.
Parmi les grades à performances modifiées, les formulations renforcées de verre sont particulièrement utilisées pour des applications structurelles dans des environnements sévères où la résistance inhérente du PEI aux températures élevées, à la vapeur sous pression et à de nombreux produits chimiques agressifs est également avantageuse.
Semi-produits en PEI ; Drake's Ultem 2300 PEI Seamless Tube® (tube sans soudure en PEI)
Plusieurs qualités de PEI Ultem non chargé et modifié sont facilement disponibles dans l’industrie des semi-produits sous forme de barres rondes et de plaques usinables. Drake propose également ces produits sur demande.
L’un des grades de PEI renforcés de fibres à très hautes performances les plus utilisés est le PEI Ultem 2300 renforcé de 30 % de verre. C’est également le principal matériau PEI de Drake Plastics, dont les produits sont disponibles sous forme de Seamless Tube® et de pièces usinées et moulées par injection. D’autres formes et qualités de PEI Ultem sont disponibles sur demande, généralement avec des minima 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 rondes et de plaques. Sa configuration sans soudure élimine les problèmes liés aux lignes de soudure courantes dans les tubes thermoplastiques extrudés à parois épaisses. Il 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 rondes.
Caractéristiques de performance du PEI Ultem 2300
L’ajout d’un renfort de 30 % de fibres de verre fraisées confère à l’Ultem 2300 PEI une augmentation substantielle de la rigidité et de la stabilité dimensionnelle à des températures extrêmes par rapport aux grades non chargés, tout en conservant les avantages inhérents aux performances du polymère.
Les propriétés thermiques du PEI Ultem 2300 sous charge lui confèrent une position appropriée au sein de la famille relativement restreinte des matériaux à très hautes performances. Sa température de transition vitreuse (Tg) est de 215°C (419°F). Le renfort de 30 % de fibres de verre porte la température de déflexion à 410°F (210°C), soit environ 10 % de plus que le grade non renforcé. En ce qui concerne la stabilité dimensionnelle en cas de fortes variations de température, son coefficient de dilatation thermique linéaire (CLTE) de 1,1 E-5/°F(1,98 E-5/°C) rivalise avec celui de l’aluminium de qualité aéronautique.
Résistance structurelle et stabilité
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 confère à l’Ultem 2300 un comportement structurel nettement supérieur. Son module de flexion de 8 960 MPa (1 300 000 psi) est plus de deux fois et demie supérieur à celui du PEI Ultem non renforcé, ce qui explique les spécifications fréquentes du grade 2300 pour les applications de manipulation de produits chimiques qui subissent des charges physiques élevées proches de sa température de transition vitreuse.
Stabilité hydrolytique
Comme tous les grades 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.
Résistance 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 se traduit par des spécifications fréquentes pour le thermoplastique haute performance dans l’isolation électrique et les composants d’isolation. Les applications typiques comprennent les connecteurs électriques, les boîtiers et les corps d’appareils, les bobines et les blocs de jonction. La résine de base d’Ultem PEI offre la rigidité diélectrique la plus élevée de tous les thermoplastiques disponibles sur le marché (qu’il s’agisse d’un polymère semi-cristallin ou amorphe).
Résistance à la fissuration sous contrainte environnementale
Ultem PEI surpasse de nombreux autres thermoplastiques amorphes en termes de résistance chimique grâce à sa structure polymère à base de polyimide. Ce thermoplastique haute performance résiste 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 d’Ultem PEI et de tout autre matériau doivent être testées dans des conditions réelles afin de déterminer l’adéquation du matériau à l’utilisation.
Inflammabilité et production de fumée
Ultem 2300 PEI, comme la plupart des grades de PEI, présente une résistance à la flamme inhérente sans nécessiter d’additifs ignifuges. Il a un indice limite d’oxygène (LOI) de 50 % et est classé UL94 V-0 et 94 V5A dans des épaisseurs spécifiques testées par UL. Le PEI renforcé de verre à 30 % génère également peu de fumée, ce qui en fait un candidat pour certains composants structurels et électriques dans les avions.
Avantages en termes de performances et de coûts : Drake's Ultem 2300 PEI Seamless Tube® (Tube sans soudure en PEI)
Drake Plastics a mis au point son procédé Seamless Tube® pour résoudre les problèmes de performance liés à l’intégrité des lignes de soudure dans les tubes extrudés à parois épaisses. Cette configuration unique de la forme du stock offre également plusieurs autres avantages en termes de performances et de coûts pour les pièces usinées et les composants finis.
Plus grande résistance
Le tube sans soudure en PEI Ultem 2300 de Drake présente une résistance à la déformation bien supérieure à celle des configurations tubulaires usinées à partir d’une barre. Des essais d’éclatement indépendants montrent que le Tube sans soudure offre une résistance à la rupture deux fois supérieure, un facteur important pour les pièces soumises à des pressions et des charges internes ou externes élevées.
Le tube sans soudure étant produit avec un flux uniforme dans toute la section transversale, il élimine les lignes de « soudure » fragiles et résiste à des contraintes radiales internes ou externes beaucoup plus importantes.
Amélioration de la stabilité dimensionnelle
Le tube sans soudure en PEI Ultem 2300 de Drake a un coefficient de dilatation thermique linéaire (CLTE) à la fois 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 sans soudure avec une orientation uniforme des fibres sur toute la circonférence.
Meilleur contrôle des tolérances lors de l'usinage
Les clients de Drake font état d’un meilleur contrôle des tolérances, notamment en ce qui concerne la rondeur et la concentricité, avec les tubes sans soudure qu’avec les barres rondes et les plaques.
Lorsque des pièces cylindriques sont usinées à partir d’une barre, leur diamètre extérieur peut se rétrécir lorsque la matière est évidée 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 entraîne 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. Lors de l’usinage, la différence de contrainte interne entre le noyau et le périmètre de la barre rondes peut entraîner une déformation de la pièce usinée et lui donner une forme ovale.
Le tube sans soudure en PEI Ultem 2300 de Drake élimine le matériau de base et présente un comportement cohérent sur toute la section transversale lorsqu’il est usiné.
Réduction de la perte de matière et du temps d'usinage
Avec le Tube PEI sans soudure Ultem 2300, le perçage est éliminé et la dimension et la tolérance du diamètre intérieur peuvent être usinées rapidement et avec précision. Cela permet de réduire 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 perçage et l’usure des outils, deux facteurs qui peuvent être importants avec des matériaux renforcés de fibres abrasives comme l’Ultem 2300 PEI.
Combinaisons OD/ID avec un délai d'exécution rapide
Le tube sans soudure 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 industries où la rapidité d’exécution est essentielle au maintien des activités. Drake produit une vaste gamme de combinaisons OD/ID de tubes sans soudure Ultem 2300 PEI pour des délais d’exécution rapides. La gamme de dimensions permet également d’améliorer l’efficacité des matériaux et de l’usinage, des avantages qui s’alignent précisément sur la philosophie de fabrication allégée de Drake.
Applications typiques des tubes sans soudure Ultem 2300 PEI Seamless Tube®.
- Composants structurels, bagues, joints dans les équipements de traitement du pétrole, du gaz et des produits chimiques.
- Isolateurs thermiques ; isolateurs et isolateurs électriques.
- Composants structuraux d’aéronefs, connecteurs électriques, boîtiers de composants et d’éclairage.
- Blocs de connecteurs électriques, corps et bobines.
