Polieterimida (PEI) Visión general

La polieterimida (PEI) es un miembro de la familia de materiales de poliimida de alto rendimiento que también incluye la poliamida imida (PAI). La estructura polimérica del PEI, un termoplástico amorfo, incluye enlaces de éter (E) en la estructura molecular de la poliimida (PI). Esta modificación permite que el PEI pueda ser procesado por fusión mediante moldeo por inyección y extrusión, una limitación de los materiales tradicionales de poliimida como el Vespel® PI.

En su forma básica, la polieterimida es de color ámbar transparente. Sus prestaciones se caracterizan por una elevada relación resistencia-peso, con una retención de la fuerza hasta los 390°F (200°C), una resistencia a largo plazo a la oxidación térmica, buenas propiedades eléctricas y una resistencia inherente a los productos químicos y a las llamas. El PEI también es reconocido por la retención de sus propiedades tras una exposición prolongada al vapor y al agua caliente, una ventaja para los equipos de procesamiento de alimentos y las aplicaciones médicas que requieren una limpieza o esterilización agresiva.

La proliferación de grados de PEI desde su introducción incluye varios con diferentes niveles de refuerzo de fibra de vidrio que aumentan la resistencia estructural del termoplástico de alto rendimiento.

La División de Plásticos de General Electric Company desarrolló y comercializó la polieterimida en 1982 con la marca UltemTM PEI. El negocio de los plásticos, con su amplia lista de polímeros, incluido el Ultem PEI, un material exclusivo de GE, fue adquirido posteriormente por SABIC Plastics.

Grados de resina PEI, proveedores

SABIC sigue siendo el único productor de resinas Ultem PEI y abastece al mercado mundial desde sus plantas de Estados Unidos y España.

A partir de la forma transparente inicial del material, la línea de productos de PEI Ultem se amplió rápidamente para satisfacer los requisitos de una lista creciente de aplicaciones en múltiples industrias. Se ha añadido una amplia gama de colores estándar y personalizados para servir a las aplicaciones aeronáuticas, médicas y alimentarias. Las diferentes formas de PEI Ultem incluyen gránulos moldeables y extrudibles y polvos de recubrimiento para adaptarse a los métodos de producción y aplicaciones más comunes del material. Varias de las calidades de moldeo y extrusión granuladas también contienen aditivos para mejorar la procesabilidad.

Entre los grados modificados por su rendimiento, las fórmulas reforzadas con vidrio tienen un uso especialmente extendido para aplicaciones estructurales en entornos severos en los que la resistencia inherente del PEI a las altas temperaturas, al vapor presurizado y a muchos productos químicos agresivos también es ventajosa.

Hay varios grados de PEI sin rellenar y modificados disponibles en la industria de formas de stock como varilla y placa mecanizable. Drake también ofrece estos productos por encargo.

Uno de los grados de PEI reforzado con fibra de alto rendimiento más utilizados es el PEI Ultem 2300 reforzado con vidrio en un 30%. También es el principal material de PEI de Drake Plastics, con productos disponibles en forma de Seamless Tube® y piezas mecanizadas y moldeadas por inyección. Otras formas y grados de PEI Ultem están disponibles bajo petición, normalmente con mínimos modestos.

Una configuración mecanizable única desarrollada por Drake, el tubo sin soldadura Ultem 2300 consigue un nivel de rendimiento superior al que se puede conseguir en piezas mecanizadas a partir de varilla y placa. Su configuración sin costuras elimina los problemas asociados a las líneas de soldadura habituales en los tubos termoplásticos extruidos de pared gruesa. También ofrece una economía convincente para los componentes cuyas configuraciones se prestan al mecanizado a partir de tubo en lugar de varilla.

Características de rendimiento del PEI Ultem 2300

La adición de un 30% de refuerzo de fibra de vidrio fresada proporciona al PEI Ultem 2300 un aumento sustancial de la rigidez y la estabilidad dimensional a temperaturas extremas con respecto a los grados sin relleno, manteniendo al mismo tiempo las ventajas de rendimiento inherentes al polímero.

Las propiedades térmicas de Ultem 2300 PEI bajo carga le otorgan una posición adecuada dentro de la relativamente pequeña familia de materiales de ultra alto rendimiento. Tiene una temperatura de transición vítrea (Tg) de 419°F (215°C). El 30% de refuerzo de fibra de vidrio eleva su temperatura de deflexión térmica a 410 °F (210 °C), aproximadamente un 10% más que el grado no reforzado. En cuanto a la estabilidad dimensional frente a fuertes variaciones de temperatura, su coeficiente de expansión térmica lineal (CLTE) de 1,1 E-5/°F (1,98 E-5/°C) rivaliza con el aluminio de calidad aeronáutica.

Resistencia y estabilidad estructural

Los grados no reforzados de Ultem PEI ofrecen una rigidez y estabilidad inherentes a las altas temperaturas bajo carga. La adición de un 30% de refuerzo de fibra de vidrio proporciona a Ultem 2300 un importante paso adelante en su comportamiento estructural. Su módulo de flexión de 1.300.000 psi (8.960 MPa) es más de dos veces y media mayor que el del PEI Ultem no reforzado, y da lugar a frecuentes especificaciones para el grado 2300 en aplicaciones de manipulación de productos químicos que experimentan altas cargas físicas cercanas a su temperatura de transición vítrea.

Estabilidad hidrolítica

Al igual que todos los grados de PEI de Ultem, el PEI Ultem 2300 resiste la degradación de sus propiedades físicas cuando se somete al vapor y a la exposición al agua durante períodos prolongados. Su baja absorción de humedad (0,90% en peso a la saturación) y su estabilidad dimensional resultante lo convierten en un buen candidato para componentes de bombas y conectores eléctricos que requieren resistencia a la temperatura y a los productos químicos y una alta resistencia junto con la retención de dimensiones precisas en condiciones de humedad.

Alta resistencia dieléctrica

Las propiedades eléctricas inherentes al polímero Ultem PEI se trasladan también al Ultem 2300 reforzado con vidrio. Con 770 V/mil en aceite y 630 V/mil en aire, la resistencia dieléctrica de Ultem 2300 da lugar a frecuentes especificaciones para este termoplástico de alto rendimiento en componentes de aislamiento eléctrico. Las aplicaciones típicas incluyen conectores eléctricos, carcasas y cuerpos de dispositivos, bobinas y bloques de terminales. La resina base de Ultem PEI ofrece la mayor resistencia dieléctrica de todos los termoplásticos disponibles en el mercado (independientemente de que sea un polímero semicristalino o amorfo).

Resistencia a las grietas por tensión ambiental

El PEI Ultem supera a muchos otros termoplásticos amorfos en cuanto a resistencia química debido a su estructura polimérica basada en la poliimida. El termoplástico de alto rendimiento soporta la exposición a la mayoría de los fluidos de automoción y aeronáuticos, hidrocarburos alifáticos, alcoholes, ácidos y soluciones acuosas débiles. Debido a la variabilidad de las concentraciones químicas, las temperaturas y las cargas físicas, todas las aplicaciones del PEI Ultem y de cualquier otro material deben probarse en condiciones reales para determinar la idoneidad de un material para su uso.

Inflamabilidad y generación de humos

El PEI Ultem 2300, al igual que la mayoría de los grados de PEI, presenta una resistencia inherente a la llama sin necesidad de aditivos ignífugos. Tiene un índice de oxígeno limitante (LOI) del 50% y lleva las clasificaciones UL94 V-0 y 94 V5A en espesores específicos probados por UL. El grado de PEI reforzado con un 30% de vidrio también genera poco humo, lo que lo convierte en un candidato para determinados componentes estructurales y eléctricos de los aviones.

Ventajas de rendimiento y coste: Tubo sin costura de PEI Ultem 2300 de Drake

Drake Plastics desarrolló su tecnología de proceso Seamless Tube® para superar los problemas de rendimiento asociados a la integridad de la línea de soldadura en los tubos extruidos de pared gruesa. Esta configuración única de la forma de la culata también ofrece otras ventajas tanto en el rendimiento como en el coste de las piezas y componentes mecanizados acabados.

Mayor resistencia

El tubo de PEI sin costura Ultem 2300 de Drake presenta una resistencia al aro muy superior a la de las configuraciones tubulares mecanizadas a partir de varilla. Los ensayos de rotura independientes demuestran que el tubo sin soldadura ofrece el doble de resistencia a la rotura, un factor importante para las piezas que experimentan altas presiones y cargas internas o externas.

Dado que el tubo sin soldadura se produce con un flujo uniforme en toda la sección transversal, elimina las líneas de «soldadura» débiles y soporta cargas de tensión radiales internas o externas mucho mayores.

Mejora de la estabilidad dimensional

El tubo de PEI sin costura Ultem 2300 de Drake tiene un coeficiente de expansión térmica lineal (CLTE) tanto en el diámetro exterior como en el interior que coincide con los valores de flujo interior de la hoja de datos de la resina del proveedor. Esta consistencia es el resultado de la experiencia de Drake Plastics en la producción de tubos sin costura con una orientación uniforme de las fibras en toda su circunferencia.

Mayor control de la tolerancia en el mecanizado

Los clientes de Drake informan de un mejor control de la tolerancia, especialmente en cuanto a la redondez y la concentricidad, con el tubo sin soldadura frente a la varilla y la placa.

Cuando se mecanizan piezas cilíndricas a partir de un vástago, su diámetro exterior puede encogerse cuando se extrae el material para obtener una configuración circular. Esto se debe a que durante la extrusión de una varilla termoplástica, la masa de material en el núcleo de la varilla suele enfriarse a un ritmo lento, dando lugar a un nivel de tensión interna diferente al de la parte exterior, que se enfría más rápidamente. El núcleo también «ata» la zona exterior de la varilla. Cuando se mecaniza, el diferencial de tensión interna del núcleo frente al perímetro de la varilla puede hacer que la pieza mecanizada se deforme y adopte una forma ovalada.

El tubo sin costura Ultem 2300 PEI de Drake elimina el material del núcleo y demuestra un comportamiento consistente en toda la sección transversal cuando se mecaniza.

Reducción de la pérdida de material y del tiempo de mecanizado

Con el tubo de PEI sin costura Ultem 2300, se elimina el taladrado y el tamaño y la tolerancia del diámetro interior se pueden mecanizar con rapidez y precisión. Esto reduce significativamente la pérdida de material asociada con el mecanizado de configuraciones circulares mediante la extracción de núcleos de varilla. También reduce las horas de perforación y el desgaste de la herramienta, que pueden ser significativos con materiales reforzados con fibra abrasiva como Ultem 2300 PEI.

Combinaciones de OD/ID con una rápida respuesta

El tubo sin soldadura Ultem 2300 PEI sirve para muchas operaciones de mantenimiento y reparación en el sector del petróleo y el gas y en otros sectores en los que la rapidez de respuesta es fundamental para mantener las operaciones. Drake produce una amplia gama de combinaciones de diámetro exterior e interior de tubos sin costura Ultem 2300 PEI para una entrega rápida. La gama de tamaños también permite la eficiencia del material y del mecanizado, beneficios que se alinean precisamente con la filosofía de fabricación ajustada de Drake.

Aplicaciones típicas de Ultem 2300 PEI Seamless Tube®.

  • Componentes estructurales, anillos, juntas en equipos de procesamiento de petróleo y gas y productos químicos.
  • Aislantes térmicos; aislantes y aisladores eléctricos.
  • Componentes estructurales de aeronaves, conectores eléctricos, carcasas de componentes e iluminación.
  • Bloques de conectores eléctricos, cuerpos y bobinas.