Types de notes PEEK pour différentes applications [Guide]

Types de notes PEEK : propriétés, applications et guide de sélection

La sélection des qualités appropriées de notes de vue pour des applications spécifiques fait partie des choix de matériaux les plus importants qu'un ingénieur fera. jeter un coup d'œil (peek) polyéther éther cétone 100 % est un thermoplastique semi-cristallin utilisé dans l'aérospatiale, le médical, les semi-conducteurs et l'application Oil & Gas Cependant, ‘ PEEK ’ n'est pas un matériau unique.

Il est disponible dans quatre grandes familles de qualités, chacune avec son propre ensemble de propriétés, caractéristiques thermiques et tendances d'usinabilité Cet article décrit les familles de qualités de qualité non remplies, remplies de verre, remplies de carbone et de roulements avec des données de propriétés pertinentes, des conseils d'application et des conseils d'usinage basés sur l'expérience de fabrication.

Qu’est-ce que le PEEK et pourquoi la sélection de notes est-elle importante ?

Le PEEK est un thermoplastique semi-cristallin appartenant à la famille des polyaryléthercétones (PAEK) Il détient des températures de service continues jusqu'à 250 °C (482 °F), avec une température de transition vitreuse (Tg) de 143 °C (289 °F) et un point de fusion (Tm) de 343 °C (649 °F).En tant que thermoplastique à base de résine, le PEEK offre une résistance mécanique qui rivalise avec certains métaux tout en conservant les avantages de transformabilité d'un polymère Ces propriétés thermiques placent le PEEK bien au-dessus des plastiques techniques standards comme le nylon (PA66, continu 80-120-PS) et même (20-C).

PEEK (écrit également en polyéther), écrit en polyéther, sert à des applications exigeantes dans l'aérospatiale, les dispositifs médicaux, la fabrication de semi-conducteurs et le pétrole et le gaz où peu d'autres plastiques survivent.

Une autre caractérisation du PEEK est que la résistance chimique. Le PEEK résiste à la plupart des solvants organiques, des acides et des bases. Cependant, l’acide sulfurique concentré attaquera la chaîne polymère.

Cette résistance rend le PEEK couramment utilisé dans le traitement chimique, les applications de fond de puits de pétrole et de gaz et les équipements de banc humide à semi-conducteurs.

ASTM D8033-22 trie la littérature par spécification de propriété pour les qualités de moulage par peek et d'extrusion. ASTM D6262-23, en revanche, est destiné aux formes de base PAEK : précurseurs de tiges, de plaques et de tubes que CNC achète en machine pour fabriquer des pièces finies.

Nos machinistes usineront les quatre types des familles de qualité peek (non remplies, remplies de verre, remplies de carbone et de qualité de roulement) qui ont toutes des données d'outillage et de coupe différentes. Voici les propriétés, les applications les mieux ajustées et les caractéristiques d'usinage de chacune de ces qualités telles que déposées à partir des données publiées et des données d'essais et d'erreurs sur le sol de production.

PEEK non rempli Performance pure pour les applications médicales et alimentaires

le peek non rempli, utilisant Victrex 450 G comme qualité de référence, fournit un rendement en traction de 100 MPa, à un allongement à la rupture de 501TP3 T, et un module de flexion de 4,1 GPa. La température de déflexion thermique (HDT), c'est-à-dire la température où le matériau se déforme à une pression de 264 psi (1,8 MPa), est de 160 C. Toutes les qualités partagent une température de service continue de 250 °C 1 constante sur toute la famille PEEK.

Le PEEK non rempli trouve son utilisation la plus valorisée dans le secteur médical Biocompatible selon ASTM F2026-17, il va dans les cages de fusion vertébrale (espaceurs intervertébraux), les piliers dentaires, et les plaques de reconstruction crânienne Une étude de 2019 dans la Journal de médecine clinique (PMC) PEEK confirmé comme étant adapté mécaniquement aux bases de prothèses dentaires, avec des propriétés de flexion répondant aux exigences ISO 20795-1.

En plus de ses qualités médicales, le peek non rempli peut être utilisé pour fournir toutes les machines conformes à la FDA pour la transformation des aliments ; supports de plaquettes semi-conductrices (la pureté chimique est critique) et valve résistante aux produits chimiques Son allongement 501TP3 T est le plus élevé de toutes les qualités de peek, et présente d'excellents avantages de résistance mécanique à la ténacité et à la fatigue réels pour les situations de charge d'impact ou de vibration.

En termes d'usinage, le peek non rempli est la machine la plus facile à utiliser du lot. D'autres nous disent qu'un machiniste compétent peut le manipuler “like nylon” ; l'outillage en carbure standard s'étend bien, la finition de surface est prévisible et la formation de copeaux est propre. Pour l'usinage du PEEK non rempli pour l'usinage CNC PEEK serré, nous atteignons généralement 0,025 mm sur les dimensions critiques.

Les ingénieurs oublient parfois les qualités de fluage du peek non rempli au-dessus de 150 C, en présence de charges soutenues Dans cette gamme supérieure, il surpasse généralement la plupart des plastiques techniques à ce niveau d'essai, mais il va encore fluer sous une contrainte soutenue très élevée à haute température Pour une application statique à haute température, les nuances remplies de verre et de carbone offriront une plus grande performance de fluage.

PEEK rempli de verre améliore la rigidité et la stabilité dimensionnelle

peek rempli de verre a un renfort typique de fibre de verre de 30 wt1TP3 T. Grades populaires tels que Victrex 450GL30, et Solvay KetaSpire KT-820 GF30 L'ajout de fibre de verre augmente la résistance à la traction à 130-140 MPa (contre 100 MPa non rempli), augmente le module de flexion à 6-7 GPa (4,1 GPa pour non rempli est impressionnant), et augmente le HDT au-dessus de 315 C à 1,8 MPa.

La ductilité est le compromis L'allongement à la rupture passe de 501TP3 T à un simple 2-31TP3 T. Les pièces de peek remplies de verre mal manipulées ne sont pas sensibles aux chocs, ou les pièces à assembler par encliquetage nécessitant une certaine flexion dans la conception Les pièces deviennent plus rigides et stables dimensionnellement grâce aux cycles thermiques, un ajustement parfait pour les fixations semi-conductrices et les supports structurels aérospatiaux.

Les principales applications du peek rempli de verre comprennent les composants de pompe à haute température, les sièges de soupape, les garnitures mécaniques dans les équipements rotatifs et les supports structurels dans l'aérospatiale.38.

PEEK chargé de carbone, résistance à l'usure et résistance au port de charge

Peek rempli de carbone : La fibre de carbone T 30 wt1TP3 T (Victrex 450CA30, Solvay KT-820 CF30) est la qualité la plus forte au sein de la famille PEEK La résistance à la traction sous forme de stock présente 150-170 MPa, et son module de flexion 11-12 GPa est presque trois fois supérieur à la qualité non remplie La spécification 450CA30 de mélasse usinée peut atteindre 226 MPa, et s'adapte au moulage par injection.

la conductivité thermique démontre une valeur quelque 3,5 supérieure à celle de l'hocifer de la pointe non remplie, contribuant à une capacité de propagation de la chaleur ajoutée dans les scénarios dynamiques et générateurs de friction. Les supports HDT à 315 C et le coefficient de friction mesure 0,16. (contre 0,38 pour la pointe non remplie), mais pas aussi bas que dans le cas de la formulation industrielle de qualité portante 0,11.

Les ingénieurs spécifient des pièces usinées par peek en fibre de carbone pour les composants structurels aérospatiaux, des bagues à charge élevée où la résistance statique est critique, des outils de fond de puits de pétrole et de gaz soumis à des conditions HPHT extrêmes, ou des composants de transmission automobile où une réduction de masse sur l'aluminium est souhaitée. Les recherches publiées par PMC/NIH sur les caractéristiques tribologiques du peek renforcé de fibres de carbone confirment les avantages en matière de résistance à l'usure des composites CF-peek dans une grande variété de conditions de contact.

Une propriété importante : la fibre de carbone fournit la conductivité pour jeter un coup d'œil Cela fait du PEEK rempli de carbone la sélection de facto pour les semi-conducteurs sensibles à l'ESD où la décharge statique doit être gérée Le PEEK non rempli et le Nulafo Samekol sont des isolants électriques et ne peuvent pas fonctionner dans ce rôle.

Une erreur fréquente de spécification : choisir le carbone rempli lorsque le niveau de roulement serait le meilleur choix pour le contact glissant Le carbone rempli est excellent à Vesv statique. et la rigidité structurelle, pas une interface coulissante autolubrifiante Pour les arbres rotatifs, les joints alternatifs, ou autrement les pièces coulissantes, le peek de niveau de roulement est le bon matériau Alors que le CoF de 0.16 peut sembler bon théoriquement, le carbone-rempli manque des propriétés autolubrifiantes des roulements-formulations.

PEEK de niveau roulement, performances autolubrifiantes à faible friction

Le PEEK de qualité de roulement utilise une formulation tribologique appelée mélange “10-10-10” : fibre de carbone 101TP3 T pour le renforcement structurel, graphite 101TP3 T pour le traitement thermique et la lubrification sèche, et 101TP3 T ptfe pour la réduction de frottement Victrex 450FC30 est l'exemple le plus fréquemment spécifié, avec une résistance à la traction de 131 MPa, un module de flexion de 8,1 Gpa, un coefficient de frottement de 0,11 et un HDT de 277C.

Une formulation proportionnée est l'Ensinger TECApeek PVX, qui utilise un rapport alternatif et atteint un CoF de 0,18-0,20, une limite PV (pression-vitesse) de 500 000 psift/min et une résistance à la traction de 76 MPa. Les différences de propriétés sont grandes si vous comparez les fiches techniques Victrex et Ensinger, vérifiez toujours les données empiriques du fabricant spécifique par opposition aux comparaisons de l'hypothèse 1 :1.

Avec des propriétés tribologiques supérieures, le PEEK de qualité roulement atteint le frottement le plus faible de toutes les qualités PEEK : 0,11 à 0,20 selon la formulation, contre environ 0,38 pour les produits non remplis. Par conséquent, son faible frottement en fait le choix évident pour les rondelles de poussée, les bagues tourillonnées, les segments de piston de compresseur, les joints d'arbre rotatif ou les bagues d'usure de pompe. Dans notre atelier, le PEEK de qualité de roulement est la qualité la plus fréquemment spécifiée pour les bagues PEEK personnalisées et les composants d'usure environ 401TP3 de toutes les commandes PEEK.

Dans les qualités remplies, la qualité du roulement offre la meilleure usinabilité. Le PTFE agit comme un lubrifiant interne pendant la coupe, réduisant ainsi la friction entre l'outil et la pièce. L'usure de l'outil est supérieure à celle du jet non rempli, mais considérablement inférieure à celle des qualités remplies de verre ou CF.

Comparaison de qualité PEEK des propriétés mécaniques et thermiques côte à côte

Vous trouverez ci-dessous les données de propriétés compilées à partir des fiches techniques Victrex, des spécifications Ensinger TECAPEEK PVX et des compilations techniques polyfluoroltd. Toutes les valeurs concernent les qualités de forme de stock (tige/plaque extrudée), sauf indication contraire.

Sources : Fiches techniques Victrex 450 G / 450GL30 / 450CA30 / 450FC30 ; Fiche technique Ensinger TECApeek PVX ; compilation de qualité polyfluoroltd.

Classement de la machinabilité

À partir des données d'usure des outils, nous avons enregistré dans notre opération de service d'usinage CNC peek, validée par les données trouvées dans les discussions du forum industriel :

1. Non rempli (le plus facile) Outillage standard en carbure, formation de copeaux propres, durée de vie de l'outil la plus longue
2. Niveau de roulement 25 Autolubrifie pendant la coupe, usure modérée de l'outil
3. abrasifs remplis de verre pour l'outillage, suggère PCD, la durée de vie de l'outil a diminué de 50 à 70%
4. Chargé de carbone (le plus dur) : abrasifs durs pour l'outillage, PCD requis, taux d'usure des outils le plus élevé

Hiérarchie d'usinabilité à partir de notre fonctionnement CNC : non rempli > nuance roulement > rempli de verre > rempli de carbone L'usure de l'outil augmente proportionnellement au degré de dureté de la charge, la fibre de verre étant tout aussi abrasive que les métaux de fibres de carbone Cette découverte surprend souvent les ingénieurs qui ont été amenés à croire que les matériaux les plus durs doivent être plus abrasifs pour l'outillage.

Comment choisir la bonne note PEEK pour votre candidature

Quatre questions forment un organigramme logique sélectionnant une note Si vous répondez à “yes” à chaque étape, vous émergerez dans la bonne famille de notes pour vos besoins.

Vous ne savez pas quoi choisir ? Nos ingénieurs sont heureux de recommander la qualité d'ajustement en fonction de vos critères d'application, de vos conditions d'exploitation et de votre budget. En utilisant 17 ans d'expérience dans l'usinage selon des tolérances strictes sur les marchés médicaux, aérospatiaux et des semi-conducteurs.

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Questions fréquemment posées sur les notes PEEK

Quelle est la note PEEK la plus forte ?

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Le charbon (30% CF) arrive en tête du classement avec une traction de 150 à 170 MPa pour les formes de stock, atteignant 226 MPa moulés par injection.

Le PEEK peut-il remplacer le métal dans les applications structurelles

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Oui, dans des cas spécifiques Les supports aérospatiaux, les pièces de transmission automobile et les implants médicaux sont des conversions courantes métal-PEEK Le PEEK rempli de carbone permet de réaliser des économies de poids de 60 à 701 TP3 T par rapport à l'acier tout en correspondant à la résistance à la traction au niveau de l'aluminium. Le sens que l'interrupteur ait dépend de la température de fonctionnement, du modèle de chargement, de l'exposition chimique et du coût de votre matériau PEEK en volume de production est plus élevé que la plupart des métaux, de sorte que le boîtier commercial dépend généralement des économies de poids ou de résistance à la corrosion.

Le PEEK FDA est-il approuvé pour le contact alimentaire ?

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Les qualités PEEK non remplies sont conformes aux réglementations FDA sur les contacts alimentaires. Les applications d'implants médicaux suivent la norme ASTM F2026-17. Vérifiez toujours que votre fournisseur possède les certifications en vigueur.

Qu'est-ce que le PEEK de qualité portante 10-10-10 ?

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Une formulation tribologique avec fibre de carbone 101TP3 T, graphite 101TP3 T et PTFE 101TP3 T en poids La fibre de carbone fournit un renforcement, le graphite aide à la dissipation thermique et à la lubrification sèche, et le PTFE abaisse le frottement de glissement Le Victrex 450FC30 est la version la plus largement spécifiée de cette formulation.

Comment le PEEK se compare-t-il au PPS et au PEI en tant que plastiques hautes performances ?

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PEEK gère un service continu à 250 °C vs 200 °C pour le PPS et 170 °C pour le PEI (Ultem).Le PEEK gagne également en résistance chimique et en résistance mécanique à tous les niveaux, mais il coûte 3-5.100 de plus que le PPS par kilogramme Si votre température de service reste inférieure à 200 °C et que l'exposition chimique est douce, le PPS a souvent un sens plus économique.

Quelle température le PEEK peut-il supporter en continu

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Toutes les qualités de peek ont une température de service continue de 250 C (482 F) quelle que soit la charge et une exposition à court terme au 300 C peut également être obtenue sans subir de détérioration majeure La transition vitreuse a lieu 143 C (289 F) et le point de fusion est 343 C (649 F).