La diversidad de aplicaciones técnicas requiere materiales que proporcionen un rendimiento óptimo en un amplio rango de temperaturas. Uno de estos materiales que tiene la ventaja de ser un polímero liviano y al mismo tiempo tener buenas propiedades en rangos de temperatura altos y amplios es la polieteretercetona (PEEK).
PEEK se utiliza en muchas áreas de la ingeniería para lograr rendimiento y aplicaciones exigentes similares a las de los metales. Muchas aplicaciones que requieren alta resistencia a la compresión, al desgaste y a la tracción con un alto rendimiento, como la industria del petróleo y el gas, pueden aprovechar todos los beneficios potenciales que los materiales PEEK tienen para ofrecer.
¿Qué es el PEEK?
La polieteretercetona (PEEK), comúnmente denominada PEEK, es un termoplástico orgánico incoloro con propiedades mecánicas y químicas adecuadas para numerosas aplicaciones técnicas. Pertenece a la familia de los polímeros de poliaril éter cetonas (PAEK).
Generalmente se prepara mediante polimerización por etapas. PEEK es más caro en comparación con otros polímeros, pero ofrece un rendimiento superior en múltiples dimensiones. PEEK ofrece una excelente resistencia al desgaste y la abrasión, lo cual es deseable en muchas áreas de la ingeniería.
Propiedades del material PEEK
Los polímeros Peek exhiben resistencia química, así como propiedades físicas, resistencia a la tracción y estabilidad dimensional; por tanto, las propiedades mecánicas ofrecen resistencia a altas temperaturas.
1. Resistencia a altas temperaturas
PEEK con termoplástico técnico de altas prestaciones es un material termoplástico moderno resistente a altas temperaturas.
Además de su alto rendimiento y conductividad térmica, PEEK puede mantener su alta resistencia a la temperatura de funcionamiento incluso a temperaturas muy altas, logrando una alta temperatura de transición vítrea de 143 grados Celsius y un alto punto de fusión (334 °C).
Puede soportar temperaturas de trabajo a corto plazo de hasta 300°C y puede estar expuesto permanentemente a altas temperaturas de 250°C. Esta es una de las razones por las que se pueden utilizar materiales PEEK cuando la resistencia al calor es un tema importante.
2. Buenas propiedades mecánicas
PEEK tiene la mejor resistencia a la fatiga de todas las resinas. La combinación de excelentes propiedades de resistencia mecánica y resistencia a la fatiga es la más destacada de todos los plásticos. El rendimiento no es en absoluto inferior al de algunas aleaciones, de ahí las propiedades mecánicas. Porque la resistencia mecánica permanece constante en todas las condiciones de procesamiento.
3. Resistencia al desgaste y lubricidad.
Los polímeros PEEK o polieteretercetona-PEEK y sus compuestos exhiben una excelente resistencia al desgaste, y algunos tipos de PEEK exhiben coeficientes de fricción y desgaste extremadamente bajos.
La polieteretercetona-Peek tiene excelentes propiedades de deslizamiento, especialmente en la zona de almacenamiento. Sus propias propiedades de deslizamiento reducen significativamente el coeficiente de fricción o el llamado coeficiente bajo, permitiendo que determinadas piezas funcionen sin lubricantes y también en medios como agua, ácidos débiles y bases.
4. Resistencia química (resistencia a la corrosión)
La mirada de polieteretercetona tiene una resistencia química estable. Es químicamente resistente a productos químicos, ácidos, ácido sulfúrico concentrado, álcalis, disolventes orgánicos y otros productos químicos y diversas atmósferas.
PEEK es resistente a la corrosión. La resistencia a la corrosión generalmente se refiere a la capacidad del metal para resistir los efectos corrosivos y destructivos del entorno.
PEEK pertenece al campo de los plásticos y materiales poliméricos PEEK. Su composición del material, propiedades químicas, organización y morfología determinan que puede mejorar la corrosión intergranular, mejorar la resistencia a la corrosión y comparar la resistencia a la corrosión con la del acero al níquel.
5. Retardo de llama
PEEK es un polímero semicristalino aromático lineal con propiedades retardantes de llama inherentes.
La polieteretercetona de Peek ha sido sometida a pruebas de retardo de llama (prueba UL94, prueba de velocidad de combustión vertical y prueba de tiempo de autoextinción) y una muestra de 1,45 mm sin aditivos tiene una velocidad de combustión de V-0, que es el nivel más alto de retardo de llama.
PEEK se utiliza en materiales de construcción, vehículos y equipos que requieren un alto retardo de llama y uso en ambientes acuosos.
6. Fuerza de pelado
PEEK tiene buena resistencia al pelado. Se puede utilizar para producir cables en espiral muy finos o cables electromagnéticos, así como aislamiento de cables, que se pueden utilizar en entornos y condiciones hostiles.
7. Resistencia a la radiación
Los materiales PEEK mantienen su rendimiento original cuando se exponen a irradiación gamma. Su resistencia a la irradiación gamma es muy fuerte y muchos materiales poliméricos mantienen un rendimiento estable incluso después de la irradiación.
Esto es más que la mejor resistencia a la irradiación del poliestireno que la resina de uso general. Con una dosis de radiación γ de 1100 Mrad se puede mantener la buena capacidad de aislamiento del cable de alto rendimiento.
8. Resistencia a la hidrólisis
PEEK y sus materiales compuestos no se ven afectados químicamente por el agua ni el vapor de agua a alta presión, y los productos fabricados con este material pueden mantener sus excelentes propiedades incluso cuando se usan continuamente en agua a altas temperaturas y alta presión.
Tres tipos de procesamiento de material PEEK
Una de las razones del uso generalizado de PEEK en aplicaciones de ingeniería es la disponibilidad de numerosas opciones y condiciones de procesamiento, a saber, mecanizado, deposición fundida, impresión 3D y moldeo por inyección, para producir la geometría deseada en entornos orgánicos y acuosos.
Los materiales PEEK están disponibles en forma de varilla, válvulas de placa de compresor, forma de filamento y gránulos para su uso en mecanizado, impresión 3D y moldeo por inyección. Las siguientes secciones proporcionan detalles relevantes sobre los tres procesos de fabricación.
Mecanizado CNC PEEK
El mecanizado CNC (Control Numérico por Computadora) consta de diferentes variantes de fresado multieje, torneado y mecanizado por descarga eléctrica (EDM) para obtener el perfil geométrico deseado. La principal ventaja de estas máquinas es la capacidad de controlar la máquina a través de un código generado por computadora utilizando controles avanzados.
El mecanizado CNC ofrece la capacidad de crear geometrías complejas manteniendo los límites de tolerancia geométrica requeridos en una variedad de materiales, desde plásticos hasta metales. Las piezas moldeadas fabricadas con materiales PEEK se pueden mecanizar para obtener perfiles geométricos complejos. Se puede procesar PEEK de grado médico e industrial. El mecanizado PEEK ofrece alta precisión y repetibilidad.
Debido al alto punto de fusión del PEEK, se pueden utilizar avances más rápidos y velocidades más altas durante el proceso de mecanizado en comparación con otros polímeros. Antes de iniciar el proceso de mecanizado, se deben cumplir requisitos especiales de recocido para evitar tensiones internas y grietas inducidas por el calor durante el mecanizado. Estos requisitos difieren según el tipo de material PEEK utilizado. El fabricante del tipo correspondiente proporciona información detallada al respecto.
PEEK es significativamente más fuerte y rígido que la mayoría de los polímeros, pero más blando que la mayoría de los metales. Esto requiere el uso de accesorios durante el mecanizado para garantizar un mecanizado preciso. PEEK, un plástico técnico altamente resistente al calor, no disipa adecuadamente el calor generado durante el proceso de mecanizado. Por lo tanto, se deben utilizar técnicas para evitar problemas por una inadecuada disipación del calor a través del material.
Estas medidas preventivas incluyen perforación profunda, brocas alimentadas con refrigerante y el uso de suficiente refrigerante durante todas las operaciones de mecanizado. Se pueden utilizar refrigerantes a base de aceite mineral y agua.
Otro factor importante a considerar es el desgaste de la herramienta al mecanizar PEEK en comparación con el mecanizado de otros plásticos menos compatibles. Los grados de PEEK reforzados con fibra de carbono tienen un efecto más dañino en las herramientas. Esta situación requiere el uso de herramientas de carburo para mecanizar un grado PEEK normal y herramientas de diamante para grados PEEK reforzados con fibra de carbono. El uso de refrigerante también puede mejorar la vida útil de la herramienta.
Impresión 3D
La impresión 3D, también conocida como fabricación aditiva, generalmente se refiere a agregar material capa por capa para crear geometría tridimensional a partir de un modelo de diseño asistido por computadora.
El material PEEK es adecuado para la impresión 3D. El modelado por deposición fundida (FDM) es el proceso de impresión 3D más utilizado para material PEEK. También hay algunos avances en la impresión de polvo PEEK mediante sinterización selectiva por láser (SLS).
Los productos PEEK impresos en 3D ofrecen una excelente resistencia a la abrasión y al desgaste. Los filamentos de diferentes fabricantes pueden tener propiedades diferentes. Las piezas impresas en 3D ofrecen a los profesionales médicos una oportunidad única de crear implantes personalizados que satisfagan las necesidades individuales de los pacientes. Las piezas impresas en 3D fabricadas con material PEEK se utilizan en varios sistemas espaciales. Esta actuación es un testimonio del poder del PEEK impreso en 3D.
Sin embargo, la impresión de material PEEK requiere una boquilla de alta temperatura superior a 300°C. Además de la boquilla de alta temperatura, se requiere un lecho calentado para mantener continuamente caliente el material. Algunas impresoras también utilizan cámaras calentadas para este fin. Las cámaras calentadas brindan un mayor control sobre la temperatura de la cámara y garantizan una liberación uniforme de calor.
Moldeo por inyección de PEEK
El moldeo por inyección es la producción de piezas termoplásticas mediante la inyección de material fundido en moldes existentes. Se utiliza para producir piezas en grandes cantidades. El material se funde en una cámara calentada, el tornillo en espiral se usa para mezclar y luego se inyecta en la cavidad del molde donde el material se enfría para formar una forma sólida.
Los materiales PEEK en forma granular se utilizan para moldeo por inyección y moldeo por compresión. El PEEK en forma granular producido por diferentes fabricantes requiere procedimientos de secado ligeramente diferentes, pero generalmente son suficientes de 3 a 4 horas de secado a entre 150 °C y 160 °C.
Para moldear materiales PEEK o Moldpeek se pueden utilizar máquinas de moldeo por inyección estándar, ya que estas máquinas alcanzan una temperatura de calentamiento de 350°C a 400°C, que es suficiente para casi todos los tipos de PEEK.
El enfriamiento del molde requiere una atención especial, ya que cualquier inconsistencia puede provocar un cambio en la estructura del material PEEK. Cualquier desviación de la estructura semicristalina conduce a un cambio indeseable en las propiedades características del PEEK.
Por ejemplo, un molde frío puede provocar la formación de una estructura amorfa en PEEK. La temperatura de funcionamiento ideal del molde para la mayoría de los grados de PEEK está entre 170 °C y 200 °C para lograr una estructura semicristalina.
Dónde se utiliza el material de vistazo
1. Medicina
Debido a las propiedades biocompatibles del PEEK, se utiliza ampliamente en aplicaciones médicas, incluida la implantación de piezas en el cuerpo humano durante varios períodos de tiempo. Las piezas fabricadas con material PEEK también se utilizan en diversos sistemas de administración de fármacos.
Otras aplicaciones médicas incluyen gorros dentales, arandelas puntiagudas, dispositivos de fijación de traumatismos y dispositivos de fusión espinal.
2. Aeroespacial
Debido a la compatibilidad del PEEK con aplicaciones de vacío ultraalto, su conductividad térmica y resistencia química y a la radiación, las piezas de plástico PEEK se utilizan ampliamente en aplicaciones aeroespaciales debido a su alta resistencia a la tracción.
3. Industria automotriz
También se fabrican rodamientos y varios tipos de anillos de PEEK. Debido a la mejor relación resistencia-peso del PEEK, se utiliza para fabricar piezas utilizadas en bloques de motores de coches de carreras.
4. Aislamiento de alambres y cables/aplicaciones electrónicas
El aislamiento de cables eléctricos se fabrica a partir de PEEK para su uso en aplicaciones como sistemas eléctricos de aeronaves en artículos manufacturados.
5. Aplicaciones futuras
Después de haber sido aprobado por la Administración de Medicamentos y Alimentos de EE. UU. (FDA) para todas las condiciones de procesamiento, PEEK también tiene un futuro prometedor en la industria alimentaria.
Titulación Universitaria
Como polímero orgánico semicristalino de la familia PAEK, PEEK ofrece propiedades mecánicas, térmicas, químicas y eléctricas que lo convierten en un material de elección en numerosas áreas de aplicaciones técnicas. PEEK está disponible en varias formas (barra, filamento, granulado) y puede procesarse mediante mecanizado, impresión 3D y moldeo por inyección. WayKen tiene una amplia experiencia en el mecanizado de PEEK y está listo para ayudarlo con sus proyectos de PEEK. No dude en solicitar una oferta.
