Polyétheréthercétone (PEEK) : Guide de ses applications haute performance

Le PEEK a été conçu pour la première fois en 1978 — relativement récemment selon les standards de fabrication — comme un matériau résistant aux hautes températures pour l'isolation des câbles. Au cours des 50 dernières années, le PEEK s'est développé pour devenir l'un des matériaux les plus largement utilisés pour les applications haute performance.

En fait, le PEEK est l'un des polyaryléthercétones (ou PAEK) les plus couramment fabriqués pour les séries de production à grande échelle. Pour tirer le meilleur parti de ce matériau polyvalent et adaptable, les ingénieurs et les équipes produits devraient se familiariser avec les propriétés, caractéristiques et limitations du PEEK.

Qu'est-ce que le PEEK ?

Le PEEK est un polymère créé par polymérisation par croissance d'étapes, dans laquelle la chaîne polymère double à chaque étape de polymérisation. Ce matériau possède une résistance électrique incroyable ainsi qu'une résistance à la chaleur, à l'usure et à la fatigue. Le PEEK est également résistant au fluage, ce qui signifie qu'il conservera sa forme dans des environnements difficiles et à haute température, et lorsqu'il est placé sous contrainte mécanique. En plus d'être résistant, le PEEK est léger et facile à fabriquer.

Puisque le PEEK est physiquement léger mais hautement résistant aux substances corrosives, il est bien adapté à une variété de méthodes de fabrication. Le PEEK peut être traité par moulage par injection ou fabrication additive, où son point de fusion élevé permet des avances et vitesses plus rapides. Le PEEK peut également être fabriqué par usinage CNC. À travers les méthodes de fabrication, le PEEK offre répétabilité et précision composant par composant et peut produire des pièces avec des tolérances serrées.

Le PEEK pur, non chargé, est assez durable par lui-même, mais le PEEK est aussi souvent renforcé avec des fibres de carbone ou de verre pour devenir moins cassant. Le PEEK chargé en verre offre plus de rigidité que le PEEK non chargé et est souvent utilisé dans les industries pétrolières et gazières pour se prémunir contre les mauvaises réactions à la vapeur, aux produits chimiques et aux hautes températures.

Un inconvénient du PEEK chargé en verre est sa tendance à user les pièces d'accouplement. Le PEEK chargé en carbone a une résistance à la compression accrue, ce qui réduit considérablement son taux de dilatation et soutient une meilleure résistance à l'usure et des capacités de charge améliorées. Le PEEK chargé en carbone a également plus de conductivité thermique, augmentant la durée de vie et la performance d'une pièce.

Propriétés et spécifications mécaniques du PEEK

Le PEEK a été développé comme un plastique résistant à la chaleur élevée et ne fond qu'à une température extrêmement élevée. Le PEEK libère également très peu de fumée et d'émissions de gaz toxiques lorsqu'il est exposé au feu, réduisant les risques près des flammes ou de la chaleur extrême. Cela fait du PEEK un excellent choix pour les méthodes de fabrication qui nécessitent chauffage et fusion, comme le moulage par injection.

Quelques autres spécifications mécaniques pour le PEEK pur, non chargé, incluent :

• Résistance à la traction : 14 000 psi
• Module de traction : 590 000 psi
• Absorption d'eau : 0,50 % sur 24 heures
• Point de fusion : 343 °C (près de 650 °F)
• Indice de combustibilité UL 94 V-0 : (épaisseur 0,059")

Le PEEK est également hautement résistant aux produits chimiques et à l'abrasion, et peut maintenir sa forme tout au long d'une exposition continue à l'eau chaude ou à la vapeur. Le PEEK est également résistant à la biodégradation et peut survivre à des conditions naturelles extrêmes, comme des environnements et températures intenses.

Considérations clés pour la fabrication avec le PEEK

Le PEEK est un matériau très adaptable, mais il y a quelques considérations d'ingénierie à garder à l'esprit pour garantir les meilleurs résultats. Par exemple, même si le PEEK est très résistant à la chaleur, il ne dissipe pas bien la chaleur et doit être refroidi pendant l'usinage pour prévenir la rupture ou la déformation. Cela peut être réalisé en utilisant des liquides de refroidissement standard, mais cela peut affecter la biocompatibilité. Dans les cas où les produits PEEK nécessitent un contact direct avec l'homme, l'air sous pression est la meilleure alternative pour refroidir le PEEK.

Une température de moule de 160 °C à 190 °C (320 °F à 374 °F) est recommandée lors de l'utilisation du PEEK, car cela aidera à minimiser le gauchissement et produira une cristallisation optimale. Lors de l'utilisation du PEEK pour la fabrication additive, la température de la buse d'impression doit être de 360 °C à 400 °C (680 °F à 752 °F) avec un plateau chauffant à 120 °C (248 °F).

D'autres considérations incluent :

• Allongement inférieur : Puisque le PEEK a un allongement inférieur à d'autres plastiques, il peut se fissurer si vous percez profondément. Une manipulation spéciale est souvent requise pour minimiser les fissures de chaleur et autres dommages de contrainte interne.
• Sensibilité à la fissuration : Le recuit est également requis lors de l'utilisation du PEEK. Ce processus aide à réduire le risque de fissures de surface sous contrainte et de déformation, auxquels le PEEK est sujet pendant l'usinage. Selon la quantité de PEEK qui sera usinée, plusieurs étapes de recuit pourraient être nécessaires.
• Choix des outils : Souvent, vous pouvez usiner le PEEK avec des outils de coupe en carbure de silicium. Des outils en diamant pourraient être requis lors de l'utilisation de PEEK chargé en carbone ou lors de la recherche de tolérances serrées. Assurez-vous également que vos outils de coupe n'ont pas été utilisés précédemment sur des métaux pour éviter la contamination.

Applications populaires du PEEK

Il y a trois industries principales qui utilisent des composants en PEEK — le secteur industriel, le secteur de la santé et l'industrie alimentaire et des boissons.

Applications industrielles

Le PEEK de qualité industrielle est intrinsèquement pur et supporte une haute stabilité mécanique et chimique. Cela minimise la contamination et maximise les efforts de sécurité pour les applications chimiques et énergétiques, ainsi que pour les composants dans les industries automobile, aérospatiale et électronique. Le PEEK peut même surpasser des métaux, comme l'acier inoxydable, quand il s'agit de roues et pompes industrielles.

Applications médicales

Le PEEK peut créer des composants pour l'industrie de la santé tels que des dispositifs orthopédiques et des dispositifs de fusion vertébrale. Le PEEK peut également être utilisé pour les implants dentaires, les capuchons de cicatrisation, et plus encore lorsqu'il est fabriqué avec des méthodes biocompatibles.

Applications alimentaires et des boissons

Le PEEK a été récemment approuvé par la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis pour un contact humain sûr lorsqu'il est correctement préparé. Maintenant, le PEEK trouve sa place dans l'industrie alimentaire et des boissons pour une utilisation dans des composants comme les ustensiles de cuisine, les distributeurs et buses de boissons, et les applications de transformation.

Pourquoi choisir le PEEK ?

Le PEEK peut être traité par fusion sans créer de gaz corrosifs, le rendant extrêmement sûr et efficace à utiliser avec le moulage par injection et la fabrication additive. Le point de fusion élevé du PEEK l'ouvre également aux possibilités d'usinage CNC, car des outils à mouvement rapide peuvent couper le PEEK sans causer de fusion.

La fabrication du PEEK en utilisant l'une de ces méthodes résulte en de bonnes performances mécaniques et une cohérence entre les pièces. Le PEEK peut également supporter des conceptions et géométries complexes avec la fabrication additive — en fait, le PEEK offre une résistance à la traction et un module de traction significativement plus élevés que le polyéthersulfone (PES), un matériau concurrent principal.

Le PEEK est plus résistant à la chaleur que le PES et le polysulfure de phénylène (PPS), un autre matériau que les équipes produits échangent souvent contre le PEEK. Alors que le PES peut être utilisé jusqu'à 220 °C et le PPS peut supporter une utilisation continue jusqu'à 250 °C, le PEEK ne commence même pas à fondre à ces températures. Le PEEK offre une résistance à l'eau et aux produits chimiques similaire au PPS tout en vantant un contrôle de température accru, résultant en une surperformance totale dans les applications à haute chaleur.

Démarrer avec le PEEK

Le PEEK est un polymère relativement nouveau qui offre une incroyable résistance à la chaleur, résistance électrique et résistance à la corrosion. Avec sa durabilité, le PEEK est léger et incroyablement traitable, permettant des séries de production précises et cohérentes même en utilisant des tolérances serrées. Les équipes produits doivent effectuer leurs propres recherches pour déterminer si le PEEK est le bon matériau pour une pièce particulière, mais prendre ces décisions est bien plus simple avec l'aide d'un fabricant de confiance.

Chez Fast Radius, nous sommes dédiés à vous aider à atteindre vos objectifs de fabrication. Notre équipe de fabrication experte a de l'expérience avec une large gamme de types de matériaux et de méthodes de fabrication. Si vous pensez que le PEEK est le bon matériau pour votre prochain projet, nous vous guiderons à travers tout le processus de fabrication, de la sélection des matériaux au lancement. Contactez-nous aujourd'hui.

Jetez un œil au centre de ressources Fast Radius pour accéder à plus de pages « Connaissez vos matériaux », y compris des comparaisons de matériaux.

Prêt à fabriquer vos pièces avec Fast Radius ?

Demandez votre devis