Qu'est-ce que PEEK ?
Le PEEK (Polyether Ether Cétone) est un thermoplastique semi-cristallin de la famille des polyarylethercétone (PAEK). Il est utilisé lorsque des caractéristiques de résistance mécanique, de résistance à la température et de résistance chimique élevées sont requises, au-delà de ce que les plastiques d'ingénierie standard peuvent offrir. Nous avons élaboré ce guide pour vous donner une compréhension plus approfondie de ce matériau. Nos experts aborderont :
Le matériau PEEK expliqué
À quoi sert le plastique PEEK ?
Propriétés du PEEK
Applications courantes
Avantages et inconvénients du plastique PEEK
Procédés de fabrication du PEEK
Le matériau PEEK expliqué
En termes d'ingénierie, le PEEK occupe le sommet des performances des thermoplastiques, comblant le fossé entre les métaux et les polymères. Son coût est nettement supérieur à celui des plastiques courants, mais dans des contextes à haute fiabilité et haute performance, le PEEK est souvent le matériau de référence lorsque, comme le dit le dicton, l'échec n'est pas une option.
Les ingénieurs choisissent le matériau PEEK lorsque les contraintes de conception exigent une combinaison de résistance, de tolérance à la chaleur et d'inertie chimique qui nécessiterait autrement des alliages métalliques. Dans de nombreuses industries, il est passé d'une option spécialisée à un matériau de base pour les composants critiques, soutenu par des décennies de service éprouvé dans les systèmes aérospatiaux, énergétiques et médicaux. Cette réputation fait du PEEK non seulement un choix de matériau, mais une stratégie d'ingénierie pour prolonger la durée de vie des composants, réduire les intervalles de maintenance et résister aux conditions d'exploitation extrêmes
À quoi sert le plastique PEEK?
Le plastique PEEK est spécifié dans des environnements où les plastiques d'ingénierie conventionnels ne peuvent pas répondre aux exigences de performance. Il conserve sa résistance et sa stabilité dimensionnelle sous des températures élevées prolongées, résiste à la dégradation dans des milieux chimiquement agressifs et tolère des charges mécaniques importantes. Sa combinaison de faible poids et de haute résistance en fait un substitut efficace du métal dans les conceptions où la réduction de la masse est cruciale.
Propriétés du PEEK
Les données suivantes définissent l'enveloppe de performance du PEEK en termes de paramètres mécaniques, thermiques, électriques et environnementaux. Les valeurs sont basées sur des méthodes d'essai standardisées et représentent les performances typiques des grades non chargés dans des conditions contrôlées.
|
Propriétés mécaniques |
Paramètre |
Valeur |
Unité |
DIN/EN/ISO |
|
Module d'élasticité (essai de traction) |
1mm/min |
4200 |
MPa |
527-2 |
|
Résistance à la traction |
50mm/min |
116 |
MPa |
527-2 |
|
Résistance à la traction à l'élasticité absolue |
50mm/min |
116 |
MPa |
527-2 |
|
Allongement à la rupture |
50mm/min |
5 |
% |
527-2 |
|
Allongement à la limite d'élasticité |
50mm/min |
15 |
% |
527-2 |
|
Résistance à la flexion |
2mm/min 10N |
175 |
MPa |
178 |
|
Module d'élasticité (essai de flexion) |
2mm/min 10N |
4200 |
MPa |
178 |
|
Résistance à la compression |
1%/2% 5mm/min 10N |
23/43 |
MPa |
604 |
|
Module de compression |
5mm/min 10N |
3400 |
MPa |
604 |
|
Résistance à l'impact (Charpy) |
Max. 7,5J |
N.B. |
kJ/m² |
179-1eU |
|
Résistance à l'impact avec encoche (Charpy) |
Max. 7,5J |
4 |
kJ/m² |
179-1eU |
|
Durée de l’enfoncement de la bille |
– |
253 |
MPa |
2039-1 |
|
Propriétés thermiques |
Paramètre |
Valeur |
Unité |
DIN/EN/ISO |
|
Température de transition vitreuse |
– |
150 |
°C |
53765 |
|
Température de fusion |
– |
341 |
°C |
53765 |
|
Température de déformation thermique |
HDT, Méthode A |
162 |
°C |
Méthode A de l'ISO-75 R |
|
Température d'utilisation |
Court terme |
300 |
°C |
– |
|
Température d'utilisation |
Long terme |
260 |
°C |
– |
|
Dilatation thermique (CLTE) |
23-60°C, Long |
5 |
10-5K -1 |
11359-1;2 |
|
Expansion thermique (CLTE) |
23-100°C, Long |
5 |
10-5K -1 |
11359-1;2 |
|
Expansion thermique (CLTE) |
100-150°C, Long |
7 |
10-5K -1 |
11359-1;2 |
|
Chaleur spécifique |
– |
1.1 |
J/(g*K) |
22007-4:2008 |
|
Conductivité thermique |
– |
0.27 |
W/(K*m) |
22007-4:2008 |
|
Propriétés électriques |
Paramètre |
Valeur |
Unité |
DIN/IEC |
|
Résistance de surface |
– |
1014 |
Ω |
60093 |
|
Autres propriétés |
Paramétre |
Valeur |
Unité |
DIN/EN/ISO/IEC |
|
Absorption d'eau |
24h/96h (23°C) |
0.02/0.03 |
% |
62 |
|
Résistance à l'eau chaude/aux bases |
– |
+ |
– |
– |
|
Résistance aux intempéries |
– |
– |
– |
– |
|
Inflammabilité (UL94) |
Liste (valeur @ 1,5 mm) |
V0 |
– |
60695-11-10 |
|
Certifiés FDA |
– |
OUI |
– |
– |
Applications courantes
Le PEEK est utilisé dans des environnements où la résistance, la résistance à la chaleur et la stabilité chimique sont essentielles.
Vis de réglage – douille hexagonale
Idéal lorsque la tête de la vis doit être légèrement enfoncée. Ces éléments de fixation haute performance sont conçus pour une rétention sûre des composants, en utilisant un entraînement à douille filetée. Excellente résistance, résistance aux produits chimiques et stabilité dimensionnelle dans des conditions exigeantes. UL94 V-0.
Applications:
– Médical : idéal pour les équipements nécessitant une stérilisation répétée
– Systèmes semi-conducteurs fonctionnant dans des environnements à haute température ou corrosifs, y compris les systèmes de manipulation de plaquettes et les chambres à vide.
Vis CHC
Une tête cylindrique HC permet un engagement positif avec une clé hexagonale, assurant un contrôle précis du couple et réduisant le risque d'arrondir l'entraînement. Ces éléments de fixation conservent leurs propriétés mécaniques en service continu à des températures allant jusqu'à 260°C.
Applications:
– Médical : adapté pour les équipements nécessitant une stérilisation répétée
– Électronique : pour les assemblages et les fixations exposés à la chaleur ou aux milieux corrosifs.
– Automobile : fixe les composants dans des zones à haute température ou chimiquement agressives, en particulier autour des capteurs, de l'électronique et des structures composites légères
Tête de vis > tête ultra basse
La tête ultra basse est au niveau de la surface, offrant un ajustement compact et profil bas pour les assemblages critiques en termes de dégagement. Résistance aux températures de service continues jusqu'à 260°C sans perte de résistance ou de stabilité.
Applications:
– Médical : pour les équipements nécessitant une stérilisation répétée
– Électronique : parfait pour les assemblages et les fixations exposés à la chaleur ou aux milieux corrosifs.
– Automobile : fixation dans des zones à espacement réduit comme les boîtiers de capteurs, les boîtiers de batterie et les modules de commande. Également pour les panneaux encastrés où une isolation électrique et une résistance à la corrosion sont requises
Rondelles plates
Crée une surface d'appui stable et uniforme qui répartit les charges de manière égale, ce qui contribue à minimiser l'usure lors du montage et à prolonger la durée de vie des composants connectés. Bien adaptées aux applications soumises à des forces mécaniques importantes ou à des mouvements fréquents. Maintient l'intégrité structurelle et les performances à des températures allant jusqu'à 260°C.
Applications:
– Médical : isolationet protection des composants dans les instruments chirurgicaux, les dispositifs de diagnostic et les équipements de stérilisation
– Électronique : utilisé pour l'isolation électrique et la répartition des charges dans les montages de circuits imprimés, les outils à semi-conducteurs et les systèmes de salles blanches
– Automobile : protège et isole électriquement les éléments de fixation dans les boîtiers de capteurs, les enceintes de batteries et les ensembles composites légers
Écrou hexagonal
Conçu pour les environnements exigeants où les écrous métalliques conventionnels ou en plastique standard sont sujets à la corrosion. La forme hexagonale permet un serrage simple avec des outils manuels courants, assurant ainsi une prise stable et fiable dans les connexions filetées.
Applications:
– Médical : idéal pour les équipements nécessitant une stérilisation répétée
– Électronique : fixation des pièces dans des assemblages exposés à la chaleur ou aux produits chimiques, tels que les outils semi-conducteurs
– Automobile : fixe les connexions non-conductrices ou résistantes à la corrosion dans les capteurs, les systèmes de batteries et les modules de contrôle
Vis tête hexagonale
Elle intègre une tige entièrement filetée pour maximiser la résistance au cisaillement et maintenir un alignement précis au sein d'un assemblage. La géométrie prend en charge le serrage à couple élevé et l'installation sécurisée avec des outils standard, offrant des performances fiables lors de l'assemblage et de la maintenance. Capable de résister à des températures de fonctionnement continues allant jusqu'à 260 °C.
Applications:
– Médical : assure la fixation des composants dans les instruments chirurgicaux, les machines de diagnostic et les équipements de stérilisation où la résistance chimique et l'autoclavage répété sont nécessaires
– Électronique : fixe les outils de traitement des semi-conducteurs, les systèmes de montage des cartes PCB et d'autres assemblages exposés à la chaleur, aux produits chimiques ou aux exigences des salles blanches
– Automobile : lorsque des éléments de fixation non-conducteurs et résistants à la corrosion sont nécessaires pour les capteurs, les boîtiers de batterie et les boîtiers d'électronique de puissance
Vis tête fraisée
Le profil de tête fraisée permet à l'élément de fixation de s'intégrer parfaitement à la surface du matériau, offrant une finition lisse et discrète idéale pour les assemblages de précision. Il maintient sa résistance mécanique et sa stabilité dimensionnelle dans des températures de service continues allant jusqu'à 260°C.
Applications:
– Médical : fixe les panneaux de montage, les couvercles ou les accessoires dans les équipements chirurgicaux et de diagnostic où les surfaces planes favorisent l'hygiène et la manipulation
– Électronique : fixe les composants dans les outils semi-conducteurs, les ensembles de circuits imprimés ou les boîtiers où les éléments de fixation saillants pourraient obstruer le mouvement ou la liberté de mouvement
– Automobile : fixe les garnitures, les couvercles ou les panneaux légers dans les zones à haute température et sujettes à la corrosion nécessitant une finition plane
Entretoise hexagonale femelle-femelle
Filetage femelle avec un corps hexagonal pour le serrage avec un outil. Maintient les pièces dans un alignement et un espacement précis. Les filets résistent au desserrage causé par les vibrations. Le faible dégagement de gaz et le rapport résistance/poids élevé les rendent adaptés aux assemblages de précision et aux conditions de salle blanche.
Applications:
– Aérospatiale : pour l'isolation électrique et l'espacement des composants dans l'avionique, les panneaux de contrôle et les systèmes de capteurs fonctionnant dans un environnement à haute température ou sujet aux vibrations
–Télécommunications : monte et aligne les cartes de circuit, les connecteurs et les boîtiers dans l'infrastructure réseau où l'isolation et la stabilité dimensionnelle sont essentielles
– Fabrication de semi-conducteurs : espace et fixe les composants dans les systèmes de manipulation des plaquettes, les équipements de test et les machines de salle blanche, où une faible dégagement de gaz et une résistance chimique sont requises.
Vis CHC ventilée
Le passage d'aération central permet aux gaz ou fluides piégés de s'échapper, ce qui les rend particulièrement efficaces dans les systèmes sous vide ou sensibles à la pression. Maintient la stabilité dimensionnelle et les performances en service continu jusqu'à 260°C.
Applications:
– Médical : pour les équipements nécessitant une stérilisation et des dispositifs assistés par le vide où l'aération empêche l'accumulation de pression
– Électronique : fixe les outils de traitement des semi-conducteurs et les assemblages de salle blanche. De plus, les boîtiers qui nécessitent une aération pour éviter l'air ou les contaminants piégés
Vis tête cylindrique fendue
La tête cylindrique avec entraînement à fente permet une application précise du couple à l'aide d'outils standard, tandis que le large profil de la tête augmente la surface de contact pour une meilleure répartition de la charge et une fiabilité d'assemblage accrue. Maintient l'intégrité structurelle à des températures de service continues jusqu'à 260°C.
Applications:
– Médical : fixe les composants dans les machines de diagnostic, les instruments chirurgicaux et les équipements de stérilisation où la résistance chimique et le nettoyage répété sont nécessaires
– Électronique : sécurise les pièces dans les outils semi-conducteurs, les fixations de cartes de circuit et les équipements de salle blanche où l'isolation et la stabilité sont essentielles
– Automobile : fixe les composants non-conducteurs ou résistants à la corrosion dans les capteurs, les modules de contrôle et les boîtiers électriques exposés à la chaleur ou aux fluides agressifs.
Entretoise hexagonale mâle-femelle
Le corps hexagonal permet une prise ferme avec des outils standard lors de l'installation, tandis que le filetage mâle-femelle permet un empilement ou un couplage de composants polyvalents pour un alignement et un espacement précis. Maintient l'intégrité structurelle dans des températures de service continues jusqu'à 260°C.
Applications:
– Médical : espace et aligne les composants dans les équipements de diagnostic, les instruments chirurgicaux et les systèmes de stérilisation
– Électronique : monte et sépare les cartes de circuit imprimé, les connecteurs et les outils à semi-conducteurs où l'isolation et la stabilité dimensionnelle sont importantes
– Automobile : fournit des entretoises isolantes électriquement et résistantes à la corrosion dans les capteurs, les modules de contrôle et les ensembles liés aux batteries
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Vis CHC tête basse
La hauteur de tête réduite rend ces éléments de fixation adaptés aux assemblages avec une marge de manœuvre limitée, tout en offrant des performances de fixation sûres et fiables. Maintient la résistance mécanique et la stabilité dans des températures de service continues jusqu'à 260°C.
Applications:
– Médical : fixe les composants dans les dispositifs chirurgicaux compacts, les équipements de diagnostic et les systèmes de stérilisation où l'espace est limité.
– Électronique : sécurise les pièces dans les outils à semi-conducteurs, les ensembles de circuits imprimés et les boîtiers où un matériel à profil bas est requis
– Automobile : pour le montage de composants dans des espaces confinés tels que les boîtiers de capteurs, les boîtiers de batterie et les modules de contrôle qui exigent une résistance à la chaleur et à la corrosion
Vis tête cylindrique – Torx
La forme de la tête cylindrique offre une large surface d'appui pour une répartition uniforme de la charge, ce qui aide à protéger la surface d'assemblage des dommages. La conception de l'empreinte torx garantit un transfert de couple efficace et minimise le risque de dévissage par rapport aux entraînements de vis conventionnels. Maintient leurs propriétés à des températures de service continues jusqu'à 260°C.
Applications:
– Médical : assure la fixation des composants dans les équipements de diagnostic, les instruments chirurgicaux et les systèmes de stérilisation où le nettoyage répété et la résistance aux produits chimiques sont essentiels
– Électronique : fixe les pièces dans les outils semi-conducteurs, les ensembles de circuits imprimés et les boîtiers où un matériel à faible profil est requis
– Automobile : pour le montage de composants dans des espaces confinés tels que les boîtiers de capteurs, les boîtiers de batterie et les modules de commande qui nécessitent une résistance à la chaleur et à la corrosion
Avantages et inconvénients des plastiques PEEK
La durabilité et la large plage de température du PEEK, en particulier sa résistance aux hautes températures, en font une solution efficace pour les fabricants. La demande pour ce matériau augmente parmi les fabricants car le besoin augmente pour des propriétés mécaniques plus élevées et un poids plus léger.
Avantages
● Excellente résistance aux températures élevées:
Les produits PEEK peuvent généralement résister à des températures allant jusqu'à 180°C en utilisation continue, assurant une longue durée de vie et une fiabilité dans des environnements difficiles. La plage de température du PEEK varie, selon le grade. Certains grades peuvent être utilisés en continu à des températures allant jusqu'à 250°C. Notez que la plage de température du matériau PEEK commence à -70°C. La température de fusion du matériau PEEK est généralement de 341°C.
● Résistance mécanique et stabilité dimensionnelle élevée:
Le matériau plastique PEEK présente d'excellentes propriétés en termes de résistance, de rigidité, de fluage et de fatigue, permettant la fabrication de pièces légères et offrant de meilleures performances au fil du temps. La résistance à l'usure dans les environnements abrasifs ou humides, un faible coefficient de friction et une excellente résistance à l'usure peuvent aider à prolonger la durée de vie et à maintenir l'intégrité des pièces.
● Léger:
La densité du matériau PEEK est d'environ 1.30 g/cm³, soit environ un cinquième à un sixième de la densité des métaux courants, ce qui explique pourquoi il est souvent choisi pour les conceptions sensibles au poids.
● Résistance chimique:
Un composant en PEEK présente une résistance chimique exceptionnelle, même à des températures élevées,
grâce à la capacité du matériau à résister à de nombreux acides, bases, hydrocarbures et
solvants organiques.
● Performances électriques:
Le PEEK est-il électriquement conducteur ? Non. Les propriétés électriques du PEEK sont excellentes sur une large gamme de températures et de fréquences. Avec des caractéristiques d'isolation exceptionnelles, le PEEK est remarquable pour l'ingénierie électrique et l'électronique, surtout si l'on prend en compte la résistance thermique du PEEK.
● Isolation thermique:
Les propriétés thermiques du matériau PEEK lui confèrent un faible coefficient de conductivité thermique. Par conséquent, le PEEK offre une excellente isolation. Les propriétés mécaniques et la résistance aux hautes températures du PEEK en font un choix idéal pour la stabilité thermique
● Résistance à l'hydrolyse:
Les produits PEEK ont été utilisés avec succès pour améliorer la fiabilité des composants. Avec une faible absorption d'humidité, le PEEK ne subit pas d'hydrolyse en présence d'eau (eau douce, eau salée ou vapeur), même à des températures élevées.
● Recyclables:
Les propriétés des plastiques PEEK le rendent entièrement recyclable et sans halogène. Le polymère PEEK est également conforme à la directive européenne RoHS et REACH.
Inconvénients
● Coût
Avec un point de fusion d'environ 341°C, le PEEK est nettement plus cher
que les thermoplastiques d'ingénierie courants. Pour les volumes importants ou la production sensible au coût la dépense pour les matériaux à elle seule peut être prohibitive, à moins que les avantages liés à sa performance ne soient essentiels à la conception.
● Exigences de traitement
Le PEEK nécessite un équipement de moulage ou d'extrusion capable de fonctionner à des températures élevées. Bien que le moulage par injection soit largement utilisé, il nécessite un contrôle précis de la température et des outils capables de gérer la haute viscosité du matériau, ce qui augmente la complexité et le coût de la fabrication.
● Disponibilité
Le matériau PEEK est produit en plus petites quantités que les plastiques courants tels que le PP ou le PE. L'offre peut être limitée dans certaines zones, ce qui peut entraîner des délais de livraison plus longs et des coûts plus élevés. Nous vous recommandons de vérifier la disponibilité du matériau dès le début du projet afin d'éviter les retards.
● Résistance aux UV
Sans stabilisateurs, le matériau PEEK se détériore sous une exposition prolongée aux UV, ce qui le rend inapproprié pour une utilisation en extérieur non protégée. L'ajout de stabilisateurs UV peut améliorer sa durabilité dans les applications exposées à la lumière du soleil.
Processus de fabrication du PEEK
Le point de fusion du PEEK, 341°C environ, nécessite un équipement de traitement conçu pour fonctionner à haute température. Étant donné qu'il est semi-cristallin, les phases de fusion et de refroidissement doivent être étroitement contrôlées afin de définir le bon niveau de cristallinité, qui détermine sa résistance mécanique, sa tolérance à la chaleur et sa résistance chimique.
1. Moulage par injection
Le moulage par injection est largement utilisé pour le PEEK, mais il repose sur un contrôle rigoureux de la température.
● Température du cylindre : 370–420°C pour faire fondre complètement le sans dégradation.
● Maintenez entre 160–200°C pour obtenir une cristallisation correcte et éviter les régions amorphes qui réduisent la résistance des pièces.
● Considérations clés : pévoyez un rétrécissement pouvant atteindre 2,5 % dans la conception du moule, positionnez les gicleurs pour minimiser le chauffage par cisaillement et utilisez des matériaux de vis et de cylindre résistants à l'usure pour gérer la haute viscosité du PEEK et les charges abrasives.
2. Extrusion
L'extrusion PEEK produit des formes de stock continu telles que des barres, des feuilles, des tubes et des fils enduits.
● Profil de température : similaire au moulage par injection, avec des zones soigneusement graduées pour éviter les granulés non fondus ou la dégradation thermique.
● Contrôle du refroidissement : la cristallinité peut être influencée par le taux de refroidissement : un refroidissement rapide entraîne une cristallinité plus faible pour une meilleure ductilité, tandis qu'un refroidissement plus lent augmente la rigidité et la résistance chimique.
● Exigences en matière d'équipement : les extrudeuses doivent être résistantes à la corrosion et à l'usure, en particulier lors du traitement de grades chargés contenant des fibres de verre ou de carbone.
3. Moulage par compression
Le moulage par compression consiste à charger de la poudre ou des granulés de PEEK dans une cavité de moule chauffée, à appliquer une haute pression et à maintenir jusqu'à ce que le polymère soit entièrement consolidé.
● Température de traitement : environ 370–400 °C pour les grades non chargés ; légèrement plus élevée pour les composés chargés.
● Pression : suffisante pour éliminer les vides et assurer une consolidation complète, souvent de 1 à 2 MPa pendant l'écoulement de la matière fondue, suivie d'une pression de maintien plus élevée pendant le refroidissement.
● Avantages : bien adapté aux sections épaisses ou aux grands composants où le moulage par injection est impraticable. Le refroidissement doit être contrôlé pour éviter les contraintes internes.
4. Usinage CNC
L'usinage est généralement effectué sur des formes de stock extrudées ou moulées par compression.
● Outils : des outils en carbure ou en diamant sont préférés pour réduire la génération de chaleur et maintenir la précision dimensionnelle.
● Vitesse de découpe : plus faible que celle des métaux ; des vitesses de surface excessives peuvent provoquer un ramollissement et une gomme due au chauffage localisé.
● Maintien : étant donné que le PEEK a un module relativement faible par rapport aux métaux, la pression de serrage doit être suffisante pour assurer la stabilité, mais pas excessive pour éviter la déformation.
● Stabilité dimensionnelle : les pièces usinées peuvent nécessiter un recuit pour éliminer les contraintes résiduelles avant la finition finale.
5. Fabrication additive (impression 3D)
Le PEEK est de plus en plus souvent traité par fabrication de filaments fondus à haute température (FFF) et frittage sélectif par laser (SLS).
● Conditions requises pour le FFF : Températures de la buse de 400 à 450 °C, chambres de construction chauffées > 120°C et plateaux chauffants d'environ 120 à 160 °C.
● Contrôle de la cristallinité : un recuit après impression peut être utilisé pour augmenter la cristallinité et améliorer les propriétés mécaniques.
● Considérations SLS : nécessite un contrôle précis de la température du lit de poudre (juste en dessous du point de fusion) pour éviter les déformations et obtenir une adhérence cohérente entre les couches.
● Défis : maintenir une adhérence inter-couche cohérente et minimiser les déformations dues au taux élevé de rétrécissement du PEEK.
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