El PEEK es un caballo de batalla, quizá lo más parecido a un material perfecto que se utiliza en una amplia gama de industrias y en una gran variedad de aplicaciones. Es conocido por su impresionante durabilidad en entornos exigentes. Los grados reforzados con vidrio y carbono se encuentran entre los más fuertes de todos los termoplásticos a temperatura ambiente y los grados sin relleno son muy resistentes a algunos de los entornos químicamente más agresivos, incluido el vapor a alta presión.
Introducido por primera vez por Victrex PLC y luego por ICI (Imperial Chemical Industries) a principios de la década de 1980, lleva utilizándose casi 40 años. Otras empresas, como Solvay, se incorporaron a la producción de resina PEEK a principios de la década de 2000, después de que expiraran los derechos de patente de Victrex PLC, de modo que hoy en día los usuarios finales y los especificadores no tienen escasez de grados de resina PEEK entre los que elegir. El reconocimiento del nombre sigue favoreciendo a las marcas Victrex, pero otras, encabezadas por Ketaspire PEEK de Solvay, están ganando volumen y cuota de mercado cada año. En la actualidad, Solvay es el único productor estadounidense de resina PEEK.
¿Por qué PEEK?
PEEK es la abreviatura de poliéter éter cetona, lo que no tiene sentido para muchos que no tengan una sólida formación química. En pocas palabras, se refiere a la estructura química del polímero, aunque la mayoría de los científicos especializados en polímeros identifican el PEEK como parte de la familia más amplia de polímeros cetónicos llamados poliariléteres cetónicos (PAEK). Esta familia de PAEK abarca varias composiciones diferentes con distintas proporciones de grupos éter y grupos cetona, la más común de las cuales es el PEEK. Independientemente de la química específica, es la estructura química de la policetona lo que hace que el PEEK sea tan formidable en tantos entornos. ¿Qué tiene el PEEK que lo hace idóneo para tantas aplicaciones de ingeniería?
Victrex PEEK
30% de fibra de carbono reforzada
Con un 30% de refuerzo de fibra de carbono en su formulación, Victrex PEEK 450 CA30 alcanza la mayor resistencia mecánica y rigidez disponibles entre los grados de PEEK. El PEEK 450 CA30 es impermeable a los ciclos repetidos de autoclave y resiste una amplia gama de productos químicos. También es conforme con la FDA para aplicaciones en contacto directo con alimentos y cumple los estrictos requisitos de inflamabilidad y baja emisión de humos de la industria aeroespacial, incluida la norma UL 94 V-0.
20% PTFE – grado mejorado
Su contenido del 20% de polvo de PTFE uniformemente disperso confiere a Victrex PEEK 450 FE20 unas propiedades excepcionales de rodamiento y desgaste. Tiene un coeficiente de fricción un 50% inferior y un índice de desgaste un 25% menor que el PEEK sin relleno, factores clave de su uso para casquillos y rotores de servicio intermitente. El grado 450 FE 20 cumple la normativa de la FDA, y su composición permite el sellado a presiones más bajas que los grados sin relleno y reforzados.
Grado de rodamiento 10-10-10
Formulado con un 10% de grafito, un 10% de fibra de carbono y un 10% de polvo de PTFE, el PEEK 450FC30 de Victrex tiene el menor desgaste y el mayor PV entre los polímeros de policetona. Especificado para casquillos y cojinetes que van desde dispositivos médicos reutilizables a piezas de helicópteros, el avanzado termoplástico no se ve afectado por la esterilización repetida en autoclave. Es conforme a la FDA para componentes en contacto directo con alimentos, y también cumple los requisitos de la industria aeroespacial sobre inflamabilidad y generación de humo.
Grado basado en PEK de alta temperatura
Químicamente un polímero de polietercetona (PEK), Victrex HT tiene una temperatura de transición vítrea (Tg) más alta y mayor resistencia a la fluencia que el PEEK tradicional. También presenta mayor resistencia a la tracción y módulo de flexión y conserva su resistencia a temperaturas más altas de 30 °C (54 °F). Aunque carece de la mayor resistencia química y las propiedades de fatiga de un PEEK auténtico, el PEK HT de Victrex puede ser una opción para muchas aplicaciones de fondo de pozo a temperaturas más altas.
KetaSpire PEEK
Aunque ambas cumplen la misma norma Mil-P46183, las resinas PEEK de la serie KT-820 de Solvay tienen un peso molecular (MW) superior al de la serie 450 de Victrex. Un mayor MW suele equivaler a una mayor tenacidad y a la correspondiente reducción del módulo. En el procesado por fusión, el mayor MW de las resinas KT-820 también permite a Drake producir secciones transversales más gruesas. Como opciones a la serie KT-820, Victrex ofrece resinas de mayor MW con sus grados 650, y Solvay ofrece una resina de MW aún mayor. Drake ofrece estas dos opciones de mayor MW por encargo.
Grado PEEK sin relleno
Este grado sin relleno tiene el equilibrio inherente al PEEK de resistencia química, al desgaste y a la temperatura. Mientras que los grados reforzados con fibra y con cojinetes se modifican para su uso en componentes de mayor resistencia y resistentes al desgaste, el PEEK sin relleno también rinde en estas áreas dependiendo de los requisitos de la aplicación. El KetaSpire KT820NT tiene la certificación NORSOK M-710 para el servicio de gas ácido y vapor en el fondo del pozo y cumple los requisitos aeroespaciales de inflamabilidad y generación de humos.
30% de fibra de vidrio reforzada
Con un 30% de refuerzo de fibra de vidrio, el PEEK KT 820GF30 proporciona un aumento significativo de resistencia y rigidez respecto a los grados de PEEK no reforzados. El contenido de fibra de vidrio también aumenta el rendimiento estructural en aplicaciones en las que las temperaturas de servicio pueden superar con creces la Tg del PEEK de 150C/ 302F con un diseño y una contención adecuados. El PEEK KT820GF30 tiene la certificación NORSOK M-710 para el servicio de gases sulfurosos y vapor, y cumple los requisitos de inflamabilidad y generación de humo para aeronaves.
30% de fibra de carbono reforzada
El 30% de refuerzo de fibra de carbono en KetaSpire KT 820CF30 da como resultado los niveles más altos de resistencia y rigidez disponibles entre los grados de PEEK. Este termoplástico avanzado soporta el autoclave repetido en dispositivos médicos reutilizables, y su resistencia química ha dado lugar a aplicaciones en el procesamiento húmedo de semiconductores. El KT820CF30 tiene la certificación NORSOK M-710 para el servicio de gas ácido y vapor en el fondo del pozo y cumple los requisitos aeroespaciales de inflamabilidad y baja generación de humos.
Grado PEEK de alta temperatura
El KetaSpire PEEK XT de alta temperatura combina los atributos de rendimiento inherentes del PEEK con una temperatura de transición vítrea (Tg) más alta de 20 °C (36 °F). Su Tg también supera a la del PEK Victrex HT en 10 °C (18 °F). Al tener la misma relación éter-cetona que un verdadero polímero PEEK, el KetaSpire XT de alta temperatura tiene la misma resistencia superior a los productos químicos y a la fatiga que el PEEK ofrece sobre el PEK, el PAEK y otras policetonas.
Grados industriales PEEK
Drake ofrece formas en stock de PEEK de grado industrial para aplicaciones que no requieren certificaciones según Mil-P 46183 y otras especificaciones. Con un precio inferior al de nuestros grados de calidad superior, los productos de PEEK de grado industrial Drake están posicionados para competir con otras formas comerciales de stock de PEEK moldeadas por inyección, extrusión o compresión. Todas las formas de PEEK de grado industrial Drake se suministran con un Certificado Drake que confirma la composición de la resina y el intervalo de gravedad específica, pero no se facilitan los Certificados de los Fabricantes de Resinas. Ejemplo de certificación
Para aplicaciones que requieren las certificaciones Mil-P 46183, ASTM D6262 y otras, las formas en stock de Drake fabricadas con resinas KetaSpire y Victrex PEEK están disponibles en una amplia gama de grados y tamaños populares. Ejemplos de certificaciones de estos productos: Certificado de producto Victrex; Certificado de producto Solvay KetaSpire
El PEEK de grado industrial no reforzado de Drake tiene unas propiedades físicas y una resistencia química comparables a las del PEEK no reforzado disponible en el mercado. Es fácilmente mecanizable y resiste la exposición prolongada al vapor y al agua caliente.
El grado industrial de PEEK mejorado para rodamientos y desgaste de Drake tiene un PV más alto y un menor índice de desgaste que el PEEK sin relleno. Su fuerza, temperatura y resistencia química son comparables a las del PEEK sin relleno. También se mecaniza fácilmente en piezas de precisión. Este Grado Industrial contiene un 10% de cada uno de grafito, fibra de carbono y PTFE, similar a las formas HPV de Ketron y las resinas de grado de desgaste y rodamiento Victrex 450FC30 y KetaSpire KT-820 SL30.
Con un 30% de refuerzo de fibra de vidrio, el grado industrial GF30 de Drake tiene mayor resistencia mecánica que el PEEK sin relleno y de grado para rodamientos. Al combinar la alta resistencia y la resistencia química inherente tanto del PEEK como del vidrio, las formas de PEEK Drake de grado industrial GF30 se utilizan a menudo para aisladores mecanizados y aplicaciones de petróleo y gas que requieren resistencia química y fuerza a altas temperaturas.
Un contenido del 30% de fibra de carbono confiere a esta formulación el mayor nivel de resistencia mecánica entre las formas de stock de PEEK de grado industrial de Drake. Tiene la resistencia al desgaste y a las altas temperaturas del PEEK, y soporta la exposición prolongada al vapor, al agua caliente y a una amplia gama de productos químicos. También se comporta bien como material de apoyo cuando funciona contra superficies de contacto duras. Se pueden fabricar piezas mecanizadas de precisión a partir de las formas disponibles en stock en esta calidad.
Más sobre Por qué Peek
- Excelentes propiedades térmicas – El PEEK sin relleno ofrece una gran solidez y una excelente resistencia a las altas temperaturas, y no se funde hasta que alcanza unos 650 grados Fahrenheit. Es útil a temperaturas de hasta casi 500 grados Fahrenheit a largo plazo y mucho más altas a corto plazo, lo que está muy por encima de lo que son capaces de hacer la mayoría de los polímeros. La temperatura de transición vítrea o de reblandecimiento del PEEK es cercana a los 300 grados Fahrenheit. Esta característica inherente puede compensarse mediante refuerzos y modificaciones químicas.
- Formidable resistencia química – El PEEK sin relleno ofrece una amplia resistencia química que se aproxima a la del PTFE, pero con una resistencia mucho mayor, por lo que es la opción favorita de las empresas de procesamiento químico y de petróleo y gas. Algunos de los productos químicos que puede soportar son la mayoría de los ácidos (las únicas excepciones son el fluorhídrico y el bromhídrico), acetona, todos los alcoholes, amoníaco, benceno, cloro, óxido de etileno, formaldehído, gasolina y la mayoría de los combustibles, glicerina, peróxido de hidrógeno, sulfuro de hidrógeno, metano, MEK, cloruro de metileno, ozono, pentano, carbonato sódico, hidróxido sódico y tolueno. Y eso es sólo una parte de las sustancias a las que el PEEK es resistente. Esta amplia resistencia es una de las principales razones por las que el PEEK es tan ubicuo, ya que puede adaptarse a casi cualquier aplicación.
- Resistencia superior al desgaste – Pocos polímeros pueden igualar al PEEK en cuanto a resistencia al desgaste integral. Por supuesto, «desgaste» es un término general, y requiere más explicaciones.
El desgaste abrasivo se refiere a la acción de corte provocada por las irregularidades de la contracara. El desgaste por fatiga se refiere a la deformación del material resultante de la presión y la tensión repetidas. La fricción es la fuerza que se opone al movimiento y, aunque no es «desgaste», no deja de ser problemática. Las propiedades del PEEK proporcionan resistencia al desgaste por abrasión y fatiga, y es un material naturalmente de baja fricción. El PEEK aleado con grafito PTFE y fibra de carbono proporciona bajos índices de desgaste en condiciones de alta presión-velocidad, incluso en entornos abrasivos. El PEEK sin relleno proporciona una resistencia superior a la fatiga y también una buena resistencia al desgaste, siempre que la tensión y la velocidad máximas sean bajas. El PEEK relleno de PTFE al veinte por ciento (20%) (FE20) ofrece un menor coeficiente de fricción y mejores índices de desgaste que el PEEK sin relleno. - Gran procesabilidad – La facilidad de procesamiento del PEEK ha contribuido a su amplia aceptación en aplicaciones comerciales de gran volumen. Los componentes de PEEK se moldean por inyección en utillajes de gran volumen equipados con sistemas de canal caliente, se mecanizan a partir de formas de stock tanto extruidas como moldeadas por inyección, e incluso se estampan y mecanizan a partir de stock de tiras finas o película. El mecanizado de termoplásticos de alto rendimiento puede ser un reto porque la disponibilidad de la forma necesaria suele ser limitada, lo que significa que el coste de fabricación aumenta debido a las virutas de mecanizado innecesarias y al tiempo necesario para crearlas. El elevado peso molecular y la estabilidad de fusión del PEEK permiten extruirlo en secciones transversales grandes, como varillas de más de 200 mm, placas de hasta 4″ y tubos con paredes de 2″ de grosor. Hay más de 50 tamaños diferentes de varilla y placa de PEEK en stock y listos para su envío inmediato. Además, el PEEK es uno de los pocos termoplásticos de alto rendimiento que puede tolerar el tipo de mecanizado extensivo necesario para producir componentes con geometrías complejas, una de las razones por las que se encuentra en aplicaciones tan diversas.
- Biocompatibilidad – La industria médica siempre está buscando materiales que puedan utilizarse en el cuerpo humano. Muchos polímeros son rechazados por el sistema inmunitario del organismo, lo que provoca complicaciones graves, incluso mortales. E incluso cuando el material es aceptado, puede desgastarse debido al desgaste abrasivo y a la intensa fricción, haciendo que trozos del material se astillen e interfieran en la función biológica. La alta resistencia y el módulo del PEEK, que se aproxima al hueso humano, ya se han utilizado en muchos procedimientos, como los implantes de columna vertebral y la reconstrucción del cráneo. El PEEK es inerte y biocompatible, y se considera el principal candidato para superficies y piezas que entran en contacto directo con biofluidos, ya sea durante análisis químicos o procedimientos quirúrgicos.
Mecanizado o moldeo por inyección… Tú eliges cómo fabricarlo
Dado que el PEEK puede moldearse por inyección o mecanizarse para formar componentes, merece la pena mencionar algunos aspectos de ambos procesos. Para ser claros de entrada, ninguno de los dos procesos es claramente superior en todos los casos. La selección del proceso es algo que los ingenieros de proyecto tendrán que estudiar detenidamente, y algo que debe discutirse con los proveedores de componentes.
Durante el moldeo por inyección, el PEEK se moldea por inyección en una cavidad personalizada que forma parte de una herramienta compleja que suele costar más de 10.000 dólares. Es la forma más eficaz y rápida de fabricar piezas, siempre que la inversión en utillaje esté justificada. El mecanizado, por otra parte, utiliza formas de stock y talleres de mecanizado que reflejan la ruta por la que se producen la mayoría de las piezas metálicas. Por lo general, una barra de PEEK puede mecanizarse en casquillos o cojinetes a menudo en pocos días por cientos de dólares, lo que significa que la velocidad y la flexibilidad son inigualables. Las propiedades de las formas extruidas ofrecen la mayor rigidez y la mayor tenacidad y, en general, el rendimiento más fiable.
El mecanizado de PEEK es la opción preferida en la mayoría de las aplicaciones de alta precisión. Por ejemplo, cuando las series de producción implican volúmenes más bajos (especialmente series inferiores a 5.000 piezas), cuando hay que fabricar componentes más grandes y cuando la tenacidad y la resistencia al impacto son prioridades importantes. En resumen, el mecanizado funciona mejor cuando los componentes deben ofrecer excelentes propiedades mecánicas y de desgaste.
De nuevo, no hay un claro vencedor entre los dos procesos, pero hay situaciones en las que uno ofrece una gran ventaja. El moldeo por inyección de PEEK es la mejor opción cuando se producen piezas complejas (normalmente más de 10.000 en una sola tirada), ya que el moldeo por inyección elimina el tiempo de mecanizado y los residuos, lo que se traduce en los costes unitarios más bajos posibles. El moldeo por inyección también es la opción adecuada cuando el mecanizado presenta retos geométricos difíciles de superar.
¿Dónde se utiliza PEEK?
El PEEK sin relleno domina el volumen de PEEK consumido en todo el mundo. Su durabilidad, disponibilidad y procesabilidad hacen del PEEK el material preferido cuando la alta resistencia y la inercia, especialmente a temperatura elevada, son necesarias en muchas industrias. Cada vez se idean nuevos usos para el polímero. Algunos de los usos destacados del polímero son:
- Semiconductores y electrónica – La capacidad del PEEK para conservar su resistencia a altas temperaturas, su pureza y su capacidad para soportar productos químicos agresivos lo convierten en un material idóneo para la fabricación de semiconductores y electrónica. El PEEK puede mecanizarse en herramientas y herrajes de manipulación de obleas, lo que resulta especialmente útil durante el lavado químico. El PEEK sin relleno también es crítico durante la producción de virutas, sobre todo durante la planarización química mecánica y el grabado. Una de las aplicaciones de mayor volumen de la lámina PEEK es en los teléfonos móviles
- Petróleo y gas – En la industria del petróleo y el gas, el PEEK sin relleno y el PEEK relleno de vidrio se suelen procesar en juntas y conectores eléctricos, donde sirven como aislantes y aisladores, así como refuerzos para materiales de juntas más blandos. El PEEK es una buena elección para las aplicaciones de petróleo y gas, ya que es muy resistente al vapor y a los tipos de productos químicos que se encuentran en los entornos agresivos del fondo del pozo. Los asientos de válvula y las juntas de PEEK ayudan a gestionar el flujo de gases y líquidos petroquímicos sin riesgo de degradación química
- Aeroespacial – El PEEK se utiliza tanto en aviones comerciales como militares, y en ambos casos sólo se emplean materiales fiables y duraderos. En la industria aeroespacial, son la baja generación de humos y la excelente resistencia térmica del PEEK las que resultan valiosas, ya que el PEEK sin relleno es tan resistente al calor y al fuego que se autoextingue. Estas propiedades lo hacen adecuado para la electrónica aeroespacial, que suele estar sometida a grandes esfuerzos, y para los aislantes térmicos, que deben soportar tanto altas temperaturas como condiciones muy frías. Los grados de PEEK reforzados con fibra de carbono, como 450CA30 y KT820CF30, proporcionan la máxima resistencia y rigidez sin la alta densidad de los grados de PEEK reforzados con vidrio.
- Medicina – Ya se ha hablado de la biocompatibilidad del PEEK sin relleno, y es esta propiedad la que hace que el PEEK sin relleno actúe como implante, incluidos los implantes espinales y dentales. Incluso el PEEK reforzado con fibra de carbono permanece inerte y estable durante largos periodos de tiempo, hasta el punto de que los implantes sobreviven a los pacientes. La inercia y estabilidad del PEEK hacen que pueda resistir repetidas esterilizaciones en autoclave, lo que le permite funcionar en instrumentos médicos reutilizables. También es valiosa la radiotransparencia del PEEK. En otras palabras, el PEEK permanece invisible a las radioimágenes, que incluyen la tomografía computarizada y la resonancia magnética, así como las radiografías. Esta radiotransparencia es especialmente importante para estudiar los procesos de crecimiento tisular, ya que el implante no oculta a la vista los tejidos circundantes.
- Alimentos y envases – El PEEK sin relleno viene en variedades aptas para alimentos, por lo que puede integrarse en aparatos y superficies que entren en contacto con alimentos. Las aplicaciones estándar incluyen boquillas de llenado, paletas mezcladoras, cojinetes, casquillos y componentes de válvulas, especialmente los que intervienen en el procesado de cítricos y las máquinas de llenado en caliente. Los cuerpos de las válvulas han pasado del acetal al PEEK sin relleno a medida que han aumentado las temperaturas de proceso. Además, el PEEK sin relleno es impermeable a todas las soluciones de limpieza in situ (CIP).
Lo anterior no es más que arañar la superficie de las aplicaciones del PEEK. A medida que las empresas buscan una rentabilidad «en uso» cada vez mayor, a menudo recurren al PEEK para conseguirlo. El PEEK es el polímero de alto rendimiento más disponible y versátil del mercado actual.
¿Qué tipos de PEEK hay disponibles?
El PEEK sin relleno ofrece una inercia química sin igual, conformidad con la FDA y resistencia hasta 300 °F. Su maquinabilidad y limpieza superiores lo hacen ideal entre todos los polímeros de base cetónica para piezas mecanizadas complejas de tolerancias estrictas o piezas moldeadas por inyección, como engranajes, casquillos y piezas médicas y de ciencias de la vida. Ver más sobre KT820NT Visión general completa
El PEEK reforzado con fibra de carbono ofrece la mayor resistencia y rigidez entre los grados de PEEK. Es un 7% más ligero que los grados reforzados con fibra de vidrio a pesar de contener más refuerzo por unidad de volumen. Es una elección excelente para piezas mecanizadas o moldeadas de gran carga. Ver más en Visión global de 450CA30 o KT820CF30.
El PEEK reforzado con fibra de vidrio ofrece mayor resistencia y rigidez que los grados de PEEK sin relleno, pero con excelentes características de aislamiento eléctrico y térmico. Es una elección excelente para piezas mecanizadas o moldeadas de gran carga, como juntas de respaldo y cuerpos de conectores eléctricos. Ver más sobre KT820GF30 Visión general completa
El grado PEEK para cojinetes ofrece los índices de desgaste más bajos entre los grados PEEK para aplicaciones de desgaste exigentes. Los grados más comunes contienen una combinación de grafito, PTFE y fibra de carbono, siendo la proporción más habitual la mezcla 10-10-10. Esta combinación favorece una baja fricción y una mayor conductividad, lo que permite mayores PV y menores índices de desgaste. Ver los resúmenes completos de las puntas rellenas 450FC30 o KT820SL30 o 450FE20
El PEEK de alta temperatura o PEK tiene una química ligeramente diferente y se basa en la cetona de poliéter PEK en lugar de PEEK. PEK y PEKEKK ofrecen temperaturas de reblandecimiento más elevadas que las químicas PEEK tradicionales. Esta mejora permite que los materiales basados en PEK, como el HT, conserven su resistencia y rigidez a temperaturas 50°F más altas, lo que amplía el potencial del PEEK en conectores eléctricos de fondo de pozo. Ver visión general del PEEK HT
