PEEK contre Ultem (PEI) : propriétés, usinabilité et quand les utiliser

PEEK vs. Ultem (PEI) : Données d'ingénierie pour une sélection de matériaux plus intelligente

Le choix entre PEEK et Ultem (PEI) présente peut-être le dilemme de sélection de matériaux thermoplastiques le plus courant auquel sont confrontés les ingénieurs en thermoplastiques hautes performances Les deux plastiques gèrent les hautes températures, résistent aux produits chimiques agressifs et portent de multiples approbations industrielles, notamment le matériel aérospatial et médical. Mais les comparaisons d'Ultem avec PEEK révèlent des contrastes frappants dans la structure moléculaire, le plafond thermique, les propriétés électriques et le coût. Alors qu'Ultem et PEEK offrent tous deux de superbes propriétés à température élevée, les différences de résistance, de rigidité, de limites chimiques, de caractéristiques électriques et d'usinabilité favorisent souvent un polymère ou l'autre dans une application donnée. Ce guide de décision explique chacun sur chaque dimension de propriété avec les statistiques réelles, les paramètres d'usinage. Usinage CNC PEEK la capacité est ce que vous exigez, cette page couvre les options de qualité PEEK, les tolérances et les délais.

Structure moléculaire : polymère semi-cristallin ou amorphe

La différence fondamentale entre PEEK et Ultem commence au niveau moléculaire En tant que polymère semi-cristallin au sein de la famille des polyaryléthercétones (PAEK), le PEEK contient généralement environ 351TP3 T composants cristallins lorsqu'il est extrudé et entretenu correctement Ces zones vierges donnent au PEEK des performances de charge exceptionnelles et une stabilité dimensionnelle face aux températures élevées La famille des polyétherimides (PEI) a produit Ultem (en) un thermoplastique amorphe avec un degré moindre d'ordre dans les chaînes polymères. L'absence de domaines cristallins propres rend l'Ultem transparent en teinte (ambre jaune) mais plus sujet à une douceur large et abrupte à sa température de transition.

PEEK est-il le même qu'Ultem ?

N° Les deux appartiennent à des familles de polymères différentes Le PEEK (polyéther éther cétone) est un thermoplastique semi-cristallin développé par Victrex au début des années 1980. Ultem (polyétherimide) est un thermoplastique amorphe développé par General Electric (aujourd'hui produit par SABIC).Eux peuvent tolérer des températures de fonctionnement similaires et tous deux sont approuvés par l'aérospatiale, mais leurs structures moléculaires, leurs comportements de traitement et leurs profils de propriétés sont aux antipodes Les données dures sur la sélection du polymère correct pour vos conditions de fonctionnement en reconnaissant la structure, sans essayer d'interchanger ces différents plastiques, définissent le véritable choix.

Performance thermique, limites de fonctionnement et déviation thermique

Les ingénieurs se concentrent généralement sur les performances en température d'Ultem vs PEEK dans le lancement d'un processus de sélection Le polymère semi-cristallin supporte des charges continues à 260 Celsius (500 Fahrenheit) et Ultem arrive juste à 170 Celsius (338 Fahrenheit).La plage de la différence de température disponible augmente une fois que la charge n'est que de quelques heures, PEEK résistant à de brèves excursions à 300 Celsius (572 Fahrenheit) où le plafond effectif à court terme d'Ultem est de 220 Celsius (428 Fahrenheit).

Imaginez un support de nacelle de moteur aérospatial assis dans un flux d'air sec de 230 C. Ultem est un choix clairement inacceptable : non seulement la température dépasse sa température maximale admissible de service continu, mais elle dépasse également sa température de transition vitreuse La polyéther éther cétone gère cette condition confortablement dans les limites de conception, c'est pourquoi elle est dominante dans le matériel aérospatial soumis à des contraintes thermiques Pour les applications d'échangeur de chaleur d'au moins 170 C ou moins, Ultem offre une stabilité thermique à moins de la moitié du coût.

Résistance mécanique, usure et fatigue

Ces deux plastiques techniques hautes performances exigent des profils de service différents Le PEEK offre une résistance à la traction plus élevée, un module de flexion plus élevé et des performances d'usure et de fatigue nettement meilleures pour les trajets de charge qui subissent une charge cyclique. Lors de l'allongement à la rupture, Ultem dépasse le PEEK et offre une réponse dimensionnelle extrêmement prévisible (caractéristique qui rend la résine préférable pour une utilisation statique dans les pièces structurelles avec des tolérances serrées).

Quels sont les inconvénients du PEEK ?

Peser les avantages relatifs de performance du PEEK par rapport aux coûts et aux commodités de traitement qu'il exige Les prix des matériaux sont d'environ $500-$1 000/kg selon la qualité Ultem 2-5 fois plus élevés que pour les formes de stock Le PEEK nécessite un outillage au diamant ou au carbure, un liquide de refroidissement par inondation à haute pression et une étape de recuit post-usinage pour normaliser la contrainte résiduelle Sa stabilité UV compromise peut être corrigée avec des stabilisants ajoutés à la recette de mélange, mais pas sans un impact sur le prix de la résine Enfin, la rigidité diélectrique inférieure (480 V/mil contre 830 V/mil) le rend impropre à des fins d'isolation électrique à haute tension.

Les packers de fond de pétrole et de gaz fonctionnant dans des gaz acides, HS et d'autres environnements difficiles ont généralement un trio exigeant de pression cyclique, de température de service élevée à long terme et de gaz acides ou corrosifs. Un ingénieur pressé de choisir entre PEEK et Ultem dans un ensemble de siège de vanne pour cet environnement prend en compte la résistance à la corrosion des gaz acides et le nombre de cycles de pression attendus pendant la durée de vie du produit. Les joints Ulltem présenteront des fissures de contrainte dans un court laps de temps de 3 à 6 mois, alors que l'on peut souvent s'attendre à ce que PEEK survive intact à toute la durée de vie du champ. Sa nature semi-cristalline bloque les avancées moléculaires sans moitié qui entraînent le vieillissement incontrôlé des polymères amorphes dans ces environnements.

Résistance chimique et stabilité environnementale

Comparés les uns aux autres, le PEEK et l'Ultem sont très résistants à une large bande de produits chimiques industriels courants, Dans tout son profil de résistance chimique, le PEEK est imperméable à la plupart des hydrocarbures, des solvants aliphatiques et aromatiques, des acides forts, des bases, des gaz d'hydrocarbures et de la vapeur Le polymère amorphe a en conséquence une résistance avérée aux carburants automobiles, aux hydrocarbures aliphatiques et aux acides dilués Cependant, les cétones et les hydrocarbures chlorés sont des déclencheurs de craquage de stress environnemental qui peuvent dissoudre la résine entièrement.

La stérilisation à la vapeur à 134 C ne pose aucun problème pour le PEEK, de sorte que les instruments médicaux réutilisables peuvent subir une stérilisation répétée par cycle d'autoclave Ce thermoplastique est également utilisé dans les instruments à semi-conducteurs sur banc humide et les outils offshore en aval du pétrole où les produits chimiques sont beaucoup plus durs que la vapeur pure La résine PEI est également capable de survivre à la stérilisation par la chaleur, et les deux résines se révèlent durables contre la vapeur à des températures opérationnelles.

Propriétés électriques et diélectriques

Sur les propriétés d'isolation électrique, Ultem surpasse nettement le PEEK Les tests de contrainte thermique de panneaux de 1/8 « d'épaisseur (ASTM D149 ASTM D149) ont montré une tenue diélectrique de 830 V/mil pour Ultem, la valeur la plus élevée parmi tous les thermoplastiques d'ingénierie Le 480 V/mil du PEEK reste fonctionnellement excellent pour un polymère semi-cristallin, mais les applications d'électrotechnique à haute tension nécessitent Ultem lorsque la durée de vie du composant est la plus critique.

Dans les prises de test électroniques à semi-conducteurs, les composants d'isolation haute tension ou d'autres composants électriques où l'endurance à haute température n'est pas leur caractéristique la plus critique : Ultem bat haut la main le PEEK grâce à des propriétés diélectriques largement supérieures Pour les applications à haute contrainte fonctionnant au-dessus de 170 C similaires aux composants d'environnement moteur utilisés dans les systèmes de propulsion hybrides automobiles ou aéronautiques, où les diélectriques élevés peuvent ne pas être aussi pertinents qu'une bonne stabilité mécanique aux températures de fonctionnement, le PEEK est souvent le choix incontournable. Ces deux polymères trouvent une application réussie dans l'industrie des semi-conducteurs dans les composants d'impression 3D hautes performances.

Usinabilité CNC, traitement, tolérances et coût

Bien que les équipements PEEK et Ul soient bien dans l'atelier d'usinage, ils ne présentent pas les mêmes défis techniques. Cette structure amorphe entraîne une formation de copeaux plus cohérente, une usure réduite des outils et des temps de cycle plus courts. La nature cristalline des pièges à chaleur PEEK au lieu de coupe a phénomène identifié par Andrew Gerr Machiniste Pratique renommée du forum en tant que principal contributeur aux défauts de fabrication tels que les copeaux gommeux, la mauvaise finition de surface et l'imprécision dimensionnelle.

Combien de fois plus cher est PEEK qu’Ultem ?

Coût de la résine vierge brute pour l'usinage à 2-5 fois (la comparaison Ultem-PEEK dépend des qualités exactes de résine utilisées). (Les tiges non remplies de PEEK vont de 1TPT500 400/kg, tandis que les tiges Ultem 1000 sont dans la plage d'usinage 1TP 4 100 250/kg.) Le coût final usiné a tendance à être beaucoup plus proche lorsque des géométries complexes sont usinées à plusieurs reprises (puisque le facteur dominant dans le coût d'usinage est le temps, plutôt que la matière première) car un processus d'usinage de trois heures produisant un coût d'usinage haute performance de 50000000000000151000000000000000000000101110000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000.

Peu importe le polymère que vous usinez, votre portion locale du monde de CNC en plastique aura tendance à approcher le travail de manière familière : prélevez la même quantité de volume de chaque côté de la pièce à travailler Par exemple, si vous devez couper 0,25 mm du visage, machine 0,125 mm de chaque côté du bloc Cela soulage le matériau des contraintes internes de manière égale et aide à prévenir les tendances à la déformation associées aux passes rugueuses simple face Dans des conditions normales pour PEEK, maintenir un régime de broche modéré avec des taux d'alimentation élevés D'autres ont tendance à courir trop vite “ parce que son” plastique et conduire une chaleur excessive, créant des copeaux gommeux avec une finition de surface moite.

Lequel faut-il choisir ? La règle des 200 °C

L'expérience montre qu'après avoir considéré 7 propriétés physiques et mécaniques, le point de consigne où peut être prise la décision d'utiliser l'un de ces polymères ou l'autre est habituellement une question d'une seule spécification : température de fonctionnement continue Si une pièce fonctionnera en continu au-dessus de 200 C, le PEEK peut être le seul matériau réalisable des deux polymères En dessous de 200 C, Ultem fournit environ 801TP3 T des propriétés mécaniques du PEEK à environ 331TP3 T du coût du matériau 1001TP3 T de l'époque C'est un argument économique convaincant dans un certain nombre de domaines exigeants : structures secondaires aérospatiales, capteurs automobiles, accessoires d'outils semi-conducteurs de sélection sont généralement plus faibles.

“Le polymère le plus cher est celui qui n'est pas présent en service Nous plaidons pour des polymères de haute performance doivent rassembler et comprendre soigneusement les résistances thermiques et chimiques requises par les conditions de service attendues, puis définir le matériau le moins cher qui peut être répondre à tous ceux-ci avec marge Pour la plupart des applications jusqu'à 170 C et manquant de solvants agressifs, Ultem sera adéquat et ainsi mieux s'adapter au budget de”

Équipe d'ingénierie Le-Creator, basée sur 17 ans d'usinage de précision des polymères

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