Le PEEK présente les avantages suivants : résistance mécanique élevée, résistance aux températures élevées, résistance aux chocs, retardateur de flammes, résistance aux acides et aux alcalis, texture dure, longue durée de vie, etc. Il trouve un grand nombre d’applications dans l’industrie automobile, l’aérospatiale, les dispositifs médicaux et d’autres domaines.
La résine PEEK a été utilisée pour la première fois dans l’industrie aérospatiale, remplaçant l’aluminium et d’autres matériaux métalliques dans la fabrication de diverses pièces d’avion.
Dans l’industrie automobile, la résine PEEK possède une bonne résistance au frottement et de bonnes propriétés mécaniques. Elle est donc utilisée comme matière première pour la fabrication de couvercles de moteur, de roulements, de joints, de bagues d’embrayage et d’autres pièces de la transmission, des freins et du système d’air conditionné de la voiture.
La résine PEEK est l’isolant électrique idéal ; à haute température, à haute pression, à haute humidité et dans d’autres conditions de travail difficiles, elle conserve néanmoins de bonnes propriétés d’isolation électrique, de sorte que le secteur de l’information électronique devient progressivement le deuxième domaine d’application de la résine PEEK.
Dans l’industrie des semi-conducteurs, la fabrication de tuyaux, de vannes et de pompes de transport d’eau ultra-pure est couramment utilisée pour fabriquer des supports de plaquettes, des membranes d’isolation électronique et une variété de dispositifs connectés.
En tant que plastique technique semi-cristallin, le PEEK est insoluble dans presque tous les solvants autres que l’acide sulfurique concentré. Il est donc couramment utilisé pour fabriquer des soupapes de compresseurs, des segments de piston, des joints d’étanchéité et divers corps de pompes chimiques et composants de vannes.
La résine PEEK peut également supporter jusqu’à 3 000 cycles d’autoclavage à 134 degrés C. Cette caractéristique lui permet d’être utilisée dans la production d’équipements chirurgicaux et dentaires ayant des exigences élevées en matière de stérilisation et d’utilisation répétée. Température de moulage du PEEK 320 degrés ~ 390 degrés C.
Température de séchage : 160 à 185 °C pendant 5 à 8 h ; température du moule : 140 à 180 °C. La température de moulage par injection de ce matériau étant très élevée, l’usure de la vis est importante : sa vitesse ne doit donc pas être réglée trop haut. La pression d’injection doit être comprise entre 100 et 130 MPa et la vitesse d’injection entre 40 et 80. Une fois le moulage terminé, nettoyez rapidement la vis avec de la cire PE afin d’éviter que le PEEK n’y séjourne.
Le PEEK offre des performances extrêmement élevées dans de nombreux domaines et ses pièces moulées par injection présentent un fort potentiel de développement. Elles peuvent toutefois subir divers défauts, notamment des points froids, des stries argentées, des porosités, des lignes de soudure et des déformations.
L’auteur prend pour exemple une trappe annulaire de commande de cabine d’avion et examine les défauts du procédé de moulage par injection ainsi que l’optimisation du procédé pour les pièces en PEEK moulées par injection.
Analyse des défauts de moulage des produits en PEEK
La figure ci-dessous montre un produit PEEK noir avec des inserts pour une valve, qui a été moulé par injection en utilisant le PEEK 450G de Victrex. Le produit a un diamètre de 110 mm et une épaisseur de 15 mm avec des inserts en acier M6 x 1.
La principale difficulté de ce produit dans le processus de moulage est qu’il présente des défauts d’apparence, notamment des matériaux froids, des motifs argentés, des trous d’air et des marques de fusion, etc. Il y a des traces de gating au milieu de l’alimentation avant.
Les défauts d’aspect ont été analysés du point de vue de l’homme, de la machine, du matériau, de la méthode et de l’environnement, et les mesures correspondantes ont été prises, ce qui a permis d’obtenir de bons résultats. Les marques d’entrée sont éliminées par usinage après le moulage afin de garantir que la surface avant est plane et que l’épaisseur est conforme aux exigences de la conception.
Problème des matériaux froids
Le problème des matériaux froids a deux causes principales, à savoir：
Pendant le processus de production, le puits à matière froide du moule d’injection n’est pas conçu conformément aux spécifications ou est supprimé.
Pour que l’état fondu du polymère dans la production et le contact du moule à basse température, la partie avant de l’état fondu sera dans le transfert de chaleur et la température diminuera rapidement, et donc inférieur au point de fusion du PEEK 343 ℃, devrait être dans le stade fondu du PEEK se solidifiera rapidement dans le matériau froid.
Pendant la production, l’absence de puits à matière froide à l’extrémité du canal entraîne facilement la matière froide dans le produit et provoque des défauts sur les pièces moulées par injection.
Les matériaux PEEK sont fabriqués selon un processus spécial. Lorsque l’épaisseur du produit est importante, le produit doit être refroidi pendant longtemps. La température de la buse peut atteindre 400°C, mais la température autour du matériau n’atteint pas cette valeur, et la grande différence de température entraîne une dissipation rapide de la chaleur.
Si la température du manchon de point d’injection est basse et que le contact avec la buse de la presse dure longtemps, la matière fondue se solidifie très facilement dès que la température descend au point de fusion du PEEK, ce qui perturbe le moulage. Une fois l’injection et le maintien en pression terminés, le fourreau doit donc être retiré immédiatement afin de maintenir une distance entre le moule et la buse avant le remplissage suivant.
Afin d’éviter que la buse ne subisse le phénomène de retard d’écoulement, il convient de régler correctement l’extraction du caoutchouc. Le contact direct de la matière fondue avec l’air, en raison de la différence de température, est susceptible de se solidifier ; si le traitement est insuffisant, le PEEK solidifié entrera dans le moule, tout en apparaissant à la surface du produit à l’aide de ressorts, ce qui entraînera des défauts de matériaux froids.
Problème de motif d’argent
Pour certaines pièces moulées par injection en PEEK, les stries argentées près de la grille sont généralement dues à l’humidité ou au gaz. Le processus de plastification du produit s’accompagne de la production de gaz, qui est très probablement à l’origine des stries argentées du produit.
Lorsque la vitesse de la vis de la machine de moulage par injection est élevée, du gaz pénètre dans la matière pendant la plastification puis atteint la surface de la pièce moulée sous l’effet de l’écoulement en fontaine. Son passage à haute pression dans le point d’injection produit alors des stries argentées. Le réglage d’une contre-pression pendant le moulage empêche efficacement la matière fondue d’emprisonner du gaz lors de la plastification.
L’humidité des matières premières qui n’ont pas été suffisamment séchées est également susceptible d’engendrer des stries argentées, et les matériaux PEEK peuvent absorber jusqu’à 0,4% de l’humidité de l’air lorsqu’ils sont posés.
Pendant la production, l’humidité absorbée pénètre dans la porte par la matière en fusion, et la différence de température entre la paroi de la cavité du moule et la matière en fusion est importante, ce qui entraîne des stries argentées. Afin d’éviter les traces d’argent, nous devons veiller à contrôler l’humidité à 0,2% dans la production réelle.
Le matériau doit être stocké de manière uniforme et non empilé, et la hauteur de la couche de matériau doit être contrôlée entre 20 et 30 mm. Avant utilisation, le PEEK doit être séché dans une étuve à 150-160°C pendant 6-8 heures.
Problème de déformation
Lors du retrait, le refroidissement des produits inégaux et la cavité du moule seront déviés, ce qui produira un phénomène de gauchissement. En fait, le retrait lui-même n’a pas trop d’impact, principalement dans le processus de retrait généré par la différence.
Lorsque le retrait est uniforme, les pièces en PEEK moulées par injection ne changent normalement que de volume. S’il ne l’est pas, la pièce moulée se voile et se déforme.
Il existe trois facteurs principaux, qui sont
(1) Gauchissement causé par une épaisseur inégale de la paroi de la pièce moulée par injection.
(2) Déformation causée par un angle de flexion prononcé de la pièce moulée par injection.
(3) Déformation et fissuration causées par la contrainte.
Recommandations pour l’optimisation du processus de moulage par injection du PEEK
Recommandations relatives à la température du moule et à la vitesse de refroidissement : lors du moulage par injection du PEEK, leur maîtrise permet de modifier les propriétés mécaniques du produit. Dans la plupart des cas, la température du moule doit être maintenue aux environs de 175 °C.
Lorsque la température du moule est supérieure à 140°C, la température du moule doit être contrôlée à environ 175°C. Lorsque la température du moule est supérieure à 140°C, les cristaux de PEEK croissent mieux, sont plus complets et ont une structure relativement stable.
La vitesse de refroidissement appropriée permet d’améliorer les propriétés mécaniques du produit ; un refroidissement lent et un refroidissement rapide réduisent les propriétés mécaniques du produit. La forme cristalline du PEEK à une certaine température est un noyau uniforme ; si vous utilisez la méthode de refroidissement lent, il sera facile de former de grands cristaux inhomogènes.
Toutefois, lorsque la surface du produit est refroidie rapidement, le taux de refroidissement interne n’est pas assez rapide et est sujet à des contraintes internes et à des fissures, ce qui entraîne une diminution des propriétés mécaniques du matériau.
Sélection de la pression d’injection
Lorsque l’injection à haute pression est utilisée, le matériau est rempli hermétiquement et l’effet de moulage est bon, ce qui permet d’améliorer les propriétés mécaniques du PEEK. Mais si la pression est trop élevée, le produit sera difficile à libérer, ce qui entraînera une abrasion de la surface du produit ; la pression d’injection doit donc être modérée. Lorsque la pression d’injection est de 9,5 MPa, la pression du cylindre de maintien de 7,5 MPa et la contre-pression de 0,5 à 1,5 MPa, le produit est moulé en douceur.
Recommandations en matière de température
Le PEEK est un type particulier de plastique cristallin thermoplastique. Sa température de transition vitreuse est d’environ 143°C et son point de fusion est d’environ 343°C.
La meilleure plage de température du tonneau est de 360 ~ 400 ℃, lorsque la surface du produit est lisse et brillante. 550 ℃ Température de décomposition thermique du PEEK. Mais à des températures élevées (supérieures à 410 ℃), le moulage, en raison de l’action mécanique et de la présence d’une petite quantité d’air, est sujet à la dégradation et à des réactions de réticulation, ces réactions entraînant directement des changements dans la viscosité de la matière fondue, de sorte que l’éclat du produit varie.
Recommandation temporelle
Le temps d’injection doit être de 6 s pour s’assurer que la cavité entière est remplie de suffisamment de matière fondue, car l’épaisseur du produit traité est importante, et le temps de maintien doit être de 8 s pour assurer la reconstitution de la réduction de volume causée par la diminution de la température de la matière fondue dans la cavité et pour éviter la formation de trous d’air après le retrait de la matière condensée de la carotte de coulée.
Le démoulage ne doit pas rayer l’aspect du produit. Une pression dans l’empreinte supérieure ou inférieure à la pression atmosphérique au moment de l’ouverture du moule influe dans les deux cas sur son apparence. Après mise au point et observation de cette apparence, le temps de refroidissement a été fixé à 35 s. Consultez notre guide complet du moulage par injection pour une vue d’ensemble détaillée.
