¿Qué es la resina PEEK ? Material Panorama general y consideraciones sobre el diseño

A menudo eclipsada por sus homólogas más convencionales, la resina PEEK se erige en el pináculo de los plásticos de ingeniería. Conocida por su excepcional resistencia al calor, propiedades mecánicas, resistencia química y características eléctricas, la resina PEEK ocupa un lugar primordial en diversas aplicaciones. A diferencia de los plásticos de uso general, como el polietileno u otras resinas transparentes, la resina PEEK no está muy extendida en el mercado y, sin embargo, desempeña un papel fundamental en el sustento de nuestra vida cotidiana. En este artículo, profundizamos en la visión general, los tipos, las características y las principales consideraciones de diseño que hay que tener en cuenta durante la fase de proyección.

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Una pieza de chapa mecanizada a medida en resina PEEK

¿Qué es la resina PEEK ?

PEEK (Poliéter Éter Cetona) es un plástico de ingeniería, clasificado en el grupo de resinas termoplásticas de la familia PAEK (Poliarletercetona). PEEK tiene una temperatura de uso continuo de hasta 260°C, lo que la hace excelente en resistencia al calor, resistencia química, resistencia a la hidrólisis, retardancia de llama, propiedades mecánicas y características eléctricas.

PEEK Grados de resina

PEEK La resina se presenta en diferentes grados con fórmulas y propiedades distintas. He aquí un desglose de las principales calificaciones:

 

  1. 1. Grado básico: Comúnmente conocido como "PEEK", este grado ofrece una resistencia térmica y química superior, típica de los plásticos de superingeniería.
  2. 2. Grado reforzado: Estos grados están reforzados con fibras para aumentar la resistencia mecánica. Las variantes incluyen grados reforzados con fibra de vidrio y fibra de carbono, que presentan una resistencia y un módulo significativamente mejorados en comparación con el grado básico.
  3. 3. Bearing Grade: Formuladas añadiendo fibras de carbono, grafito y politetrafluoroetileno (PTFE) en pequeñas proporciones para mejorar la fricción y la resistencia al desgaste, lo que las hace ideales para aplicaciones como engranajes y cojinetes.
  4. 4. Grado conductivo: Estos grados están modificados con fibras de carbono para mejorar la conductividad eléctrica, lo que los hace adecuados para aplicaciones que requieren disipación estática o componentes electrónicos susceptibles a descargas electrostáticas.

 

Estos son sólo algunos ejemplos de la amplia gama de resinas disponibles en PEEK , cada una de ellas adaptada a las necesidades específicas de cada aplicación.

Ventajas de la resina PEEK

PEEK presenta numerosas ventajas que la distinguen como plástico de ingeniería de alto rendimiento. He aquí algunas de sus principales ventajas:

 

Excepcional resistencia al calor: Con una temperatura de uso continuo de aproximadamente 260°C, la resina PEEK supera a la mayoría de los superplásticos de ingeniería, lo que la hace ideal para aplicaciones que requieren un rendimiento a temperaturas elevadas. Su elevado punto de fusión de 334°C le permite soportar un calor extremo, y presenta resistencia al agua caliente y al vapor, lo que la hace apta para el autoclave.

 

Excelentes propiedades mecánicas: Incluso en condiciones de alta temperatura, la resina PEEK mantiene excelentes propiedades mecánicas, incluida una elevada resistencia a la tracción, al impacto, a la fluencia y al desgaste. Además, incorporando aditivos como fibras de vidrio o de carbono, se puede aumentar aún más su resistencia.

 

Resistencia química superior: la resina PEEK demuestra una resistencia excepcional a una amplia gama de productos químicos, excepto el ácido sulfúrico concentrado. Permanece estable cuando se expone a la mayoría de ácidos, álcalis y disolventes orgánicos, lo que lo hace adecuado para aplicaciones en entornos químicos agresivos.

 

Conformidad con la seguridad alimentaria: la resina PEEK cumple las normas establecidas por reglamentos como la Ley de Sanidad Alimentaria de Japón y la FDA de EE.UU., lo que garantiza su seguridad para el uso en aplicaciones relacionadas con la alimentación. En consecuencia, los componentes de PEEK son habituales en los equipos de procesamiento de alimentos.

 

Facilidad de procesamiento: A diferencia de otras resinas PAEK , la resina PEEK tiene una temperatura de procesamiento más baja (alrededor de 380-400°C), lo que facilita su moldeo. Esta ventana de procesamiento favorable contribuye a su uso generalizado en diversos procesos de fabricación.

Desventajas de la resina PEEK

Aunque la resina PEEK ofrece numerosas ventajas, es esencial tener en cuenta sus inconvenientes:

 

Coste elevado: desde octubre de 2022, la resina PEEK tiene un precio aproximado de 10.000 yenes por kilogramo, lo que la hace significativamente más cara que otros plásticos técnicos. A pesar de su alto rendimiento, su elevado coste puede disuadir algunas aplicaciones. Sin embargo, los avances en la tecnología de fabricación pueden ayudar a reducir los costes de producción en el futuro.

 

Dificultad de mecanizado: Debido a su excepcional resistencia, la resina PEEK presenta dificultades durante las operaciones de mecanizado, como el corte y el fresado. Su elevada resistencia aumenta la probabilidad de agrietamiento o astillamiento durante el mecanizado, y las herramientas de corte pueden desgastarse más rápidamente. Debe prestarse especial atención al mecanizado de la resina PEEK para evitar estos problemas.

PEEK Resina: Consideraciones sobre el diseño

Al diseñar piezas a medida con resina PEEK , es esencial tener en cuenta varios factores clave para optimizar el rendimiento y la funcionalidad.

Diseño mecánico:

Incorpore características geométricas que aprovechen las excepcionales propiedades mecánicas de PEEK, como la alta resistencia a la tracción y la tenacidad. Reduzca al mínimo las concentraciones de tensión evitando las esquinas afiladas o los cambios bruscos de geometría que podrían provocar un fallo prematuro bajo carga. Utilice redondeos y radios para distribuir la tensión de forma más uniforme por toda la pieza, mejorando su durabilidad y longevidad generales.

Material Eficiencia:

Dado el coste relativamente elevado de PEEK, hay que dar prioridad a la eficiencia de los materiales para minimizar los residuos y reducir los costes de fabricación. Optimice las geometrías de las piezas para minimizar el exceso de material y utilice estrategias de anidamiento durante los procesos de mecanizado o fabricación aditiva de CNC para maximizar la utilización del material. El diseño de piezas con estructuras de soporte mínimas y la consideración de la reciclabilidad del material de desecho pueden mejorar aún más la eficiencia del material.

Consideraciones sobre la maquinabilidad:

PEEKLa dureza y abrasividad de este material pueden plantear problemas durante los procesos de mecanizado. Al diseñar piezas, tenga en cuenta la selección de la herramienta, los parámetros de corte y la optimización de la trayectoria de la herramienta para minimizar el desgaste de la herramienta y lograr una precisión dimensional exacta. Utilice herramientas de corte de carburo o recubiertas de diamante diseñadas específicamente para el mecanizado de PEEK para garantizar una eliminación eficaz del material y mantener la longevidad de la herramienta.

Exposición ambiental y química:

Evalúe el entorno de funcionamiento y la posible exposición a productos químicos, calor y humedad al diseñar las piezas de PEEK . Asegúrese de que la excelente resistencia química y el rendimiento a altas temperaturas del material se ajustan a los requisitos de la aplicación. Tenga en cuenta factores como la estabilidad a los rayos UV, la resistencia a la corrosión y los coeficientes de dilatación térmica para garantizar la fiabilidad y el rendimiento a largo plazo en condiciones de funcionamiento difíciles.

Conclusiones

PEEK destaca como un plástico de ingeniería con una resistencia al calor, resistencia química, resistencia al agua caliente, resistencia al fuego, propiedades mecánicas y propiedades eléctricas superiores a las de otras resinas. Conocida por ofrecer un rendimiento de primer nivel entre las resinas termoplásticas, ofrece una combinación equilibrada de diversas propiedades. Junto a sus propiedades equilibradas, ventajas como el cumplimiento de las normas de seguridad alimentaria y la facilidad de procesamiento contribuyen a su atractivo. Sin embargo, es importante tener en cuenta inconvenientes como el elevado coste y las dificultades de mecanizado, sobre todo con las herramientas de corte. A pesar de estas consideraciones, la resina PEEK encuentra aplicaciones generalizadas en diversos sectores, como el aeroespacial, la automoción, los dispositivos médicos y la impresión 3D , y sigue contribuyendo a nuestras vidas entre bastidores.

 

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