Cómo elegir el grado adecuado de poliéter éter cetona (PEEK)

El poliéter éter cetona (PEEK) es un polímero de alta temperatura reconocido por sus excelentes propiedades mecánicas, térmicas y químicas. Se utiliza ampliamente en las industrias aeroespacial, automotriz, médica y electrónica.

Pero ¿qué diferencia al PEEK de otros plásticos de alto rendimiento? ¿Por qué los ingenieros lo eligen en lugar de otras alternativas?

En esta guía, explicaremos cómo se fabrica el PEEK y su estructura molecular, y le ayudaremos a seleccionar el grado de PEEK ideal para sus aplicaciones.

¿Qué es el plástico PEEK?

El PEEK pertenece a la familia de las poliariletercetonas (PAEK), que incluye PEK, PEEK, PEEKK, PEKK y PEKEKK. Entre estas, el PEEK es el más utilizado y producido a gran escala.

La abreviatura OJEADA revela su columna vertebral química:

• Escuela politécnica: muchas unidades repetidas (polímero)
• Éter: un enlace de oxígeno en la cadena
• Éter: otro enlace de oxígeno
• Cetona: un enlace de grupo carbonilo (C=O)

Esta disposición específica confiere al PEEK sus excepcionales propiedades. Desde su comercialización a principios de la década de 1980 por Imperial Chemical Industries (ICI, ahora parte de Victrex PLC), el PEEK ha sido totalmente reciclable.

Comparación del rendimiento con otros polímeros de alta temperatura

Propiedades físicas

• Termoplástico de ingeniería semicristalino de alto rendimiento
• Excelente resistencia a los líquidos y a la fatiga.
• Insoluble en disolventes comunes y resistente a la hidrólisis.
• Puede soportar vapor o agua a alta presión durante 1000 horas sin degradarse.
• Alta estabilidad dimensional, pureza inherente y biocompatibilidad.

Propiedades mecánicas

• Excelente resistencia a la tracción, tenacidad y resistencia a la fluencia.
• Propiedades de flexión y tracción equilibradas para aplicaciones de alta carga y alta temperatura
• Mantiene el módulo de flexión a temperaturas muy altas.
• Componentes ligeros adecuados para entornos hostiles

Propiedades térmicas

• Punto de fusión alto (Tm): 343 °C
• Alta temperatura de transición vítrea (Tg): 143 °C
• Temperatura de uso continuo: hasta 260 °C

Propiedades eléctricas

• Alto volumen y resistividad superficial
• Excelente rendimiento aislante en un amplio rango de temperaturas.

Inflamabilidad

• Clasificación de llama V0 a 1,45 mm de espesor
• Índice de oxígeno limitante (LOI): 35%
• Bajas emisiones de humo y gases tóxicos

Materiales reforzados

• Las fibras de vidrio o carbono mejoran el módulo de flexión, la resistencia a la fluencia, la conductividad térmica y la temperatura de distorsión térmica.
• El PEEK reforzado con fibra de carbono mantiene el rendimiento a 299 °C con resistencias a la tracción de hasta 29 000 psi (~200 MPa)

PEEK frente a otros polímeros de alta temperatura

• Fluoropolímeros: El PEEK se destaca en resistencia a la tracción, temperatura de distorsión térmica, temperatura de operación, adhesión, procesabilidad y emisiones de gases tóxicos; es ligeramente inferior en resistencia química, costo, tenacidad y resistencia a los rayos UV.
• Sulfuro de polifenileno (PPS): El PEEK tiene una resistencia al calor, tenacidad y control de rebabas superiores.
• Polietersulfona (PES): PEEK ofrece un mejor rendimiento térmico, resistencia al desgaste, resistencia química y resistencia a la fatiga.

El PEEK generalmente no se mezcla con otros polímeros, pero puede formar mezclas miscibles con otros PAEK y polieterimidas (PEI).

• Mezclas de PEEK/PEI: Tg más alta
• Se mezcla con PES y PPS: alta compatibilidad

Limitaciones del PEEK

• Alto costo: ideal para aplicaciones de alto rendimiento
• Requiere procesamiento a alta temperatura
• Vulnerable a los ácidos sulfúrico, nítrico y crómico concentrados.
• Susceptible a halógenos y sodio.
• Baja resistencia a los rayos UV

Aplicaciones del poliéter éter cetona (PEEK)

El PEEK se utiliza en las industrias aeroespacial, automotriz, eléctrica, médica, química y de ingeniería. Sus componentes típicos incluyen cojinetes, piezas de pistón, bombas, columnas de HPLC, válvulas de compresores y aislamiento de cables.

Industria automotriz

• Alternativa ligera, con reducción de ruido y funcionalmente integrada a los metales.
• Excelente interacción de superficie seca/lubricada, rendimiento mecánico, resistencia a la fatiga.
• Aplicaciones: sellos de unidades de pistón, juntas, cojinetes y piezas móviles en transmisiones, frenos y sistemas de aire acondicionado.

Aeroespacial

• Sustitución de aluminio y otros metales
• Se pueden moldear piezas grandes y de alta precisión de manera eficiente sin necesidad de ensamblaje.
• Aplicaciones:
  • Componentes del motor: soportan altas temperaturas y fricción.
  • Partes externas: resistencia a la erosión por lluvia
  • Partes internas: retardante de llama, baja emisión de humo/toxicidad
  • Sistemas eléctricos: protección de cables y fibras

Medicina y atención sanitaria

• Alta resistencia al desgaste, al calor, a los productos químicos y aislamiento eléctrico.
• Aplicaciones: instrumentos dentales, endoscopios, equipos de diálisis.
• Ejemplos:
  • Mangos de jeringas dentales y cajas estériles que reemplazan el aluminio
  • Soporta hasta 3.000 ciclos de esterilización a alta presión a ~134 °C
  • Mantiene la resistencia mecánica y la estabilidad hidrolítica.
  • Biocompatibilidad mejorada para implantes

Electricidad y electrónica

• Excelente aislante para una alta confiabilidad en variaciones de temperatura, presión y frecuencia.
• Minimiza la contaminación en el procesamiento de obleas
• Aplicaciones:
  • Tomas de conector coaxial
  • Potenciómetros de microajuste de montaje en superficie (SMD)
  • Aisladores para equipos de control ambiental submarino

Otros mercados clave

• Supera a los metales en componentes industriales, químicos y de procesamiento.
• PEEK aprobado por la FDA para aplicaciones en contacto con alimentos
• Ejemplos:
  • Sustitución de impulsores de acero inoxidable en bombas regenerativas
  • Conectores de tuberías y mangueras para presiones de hasta 25.000 psi y temperaturas de hasta 260 °C