El poliéter éter cetona es un polímero semicristalino con un rendimiento termoplástico de élite y una resistencia y flexibilidad extraordinarias. Es biocompatible y tiene un punto de fusión de unos 343 °C. Posee excelentes propiedades mecánicas, térmicas y químicas. Moldeo por inyección de PEEK tiene una elevada relación resistencia-peso, excelente estabilidad dimensional, resistencia al desgaste y resistencia a la fatiga. Pertenece al grupo de materiales Poly Aryl Ether Ketone (PAEK) que se fabrican mediante un proceso de polimerización por etapas. Aunque este termoplástico se opone a muchos productos sintéticos y químicos, al mismo tiempo algunos ácidos pueden corroerlo.
Además, soporta menos la oposición de los rayos UV, pero puede desinfectarse sin esfuerzo y ofrece una gran resistencia al desgaste. Este método se utiliza para fabricar piezas de plástico de buena calidad a partir de poliéter éter cetona. Este proceso produce piezas que tienen una gran precisión dimensional, alta resistencia, rigidez. grandes propiedades mecánicas y biocompatibilidad. Estas piezas también encuentran aplicaciones en sectores esenciales, por ejemplo, equipos quirúrgicos y juntas de alta temperatura para motores de aviones, sector del gas y el petróleo, automoción y aparatos electrónicos.
Proceso de moldeo por inyección de PEEK
Se trata de un proceso altamente mecanizado que se utiliza para fabricar piezas de este material termoplástico de alto rendimiento. Este método incluye la fusión de gránulos de PEEK y la inyección del material líquido en la cavidad de un molde a alta presión. A continuación, el molde se enfría y la pieza solidificada se expulsa del molde. Este proceso permite fabricar piezas de diseño complejo, precisas y repetibles con un alto grado de exactitud y consistencia.
Este proceso consta de los siguientes pasos principales.
Preparación del material
Este es un paso muy importante teniendo en cuenta la naturaleza higroscópica del PEEK que hace que el PEEK sea propenso a absorber la humedad del aire. Esto puede producir defectos durante el proceso de moldeo. Para evitar que esto ocurra, la resina debe secarse completamente antes de su procesamiento. Generalmente, el secado consiste en calentar la resina a una temperatura de unos 150°C durante un periodo de 3 a 4 horas.
- Configuración de la máquina de moldeo por inyección
- a) Selección de la máquina: Para llevar a cabo el proceso sin problemas se necesita una máquina de moldeo por inyección robusta con capacidad para soportar altas temperaturas. La máquina debe tener piezas resistentes a la corrosión teniendo en cuenta la naturaleza abrasiva del PEEK. La naturaleza abrasiva del PEEk puede empezar a aumentar el desgaste de las piezas de la máquina, por lo que se hace necesario el mantenimiento de la maquinaria y el uso de material resistente al desgaste.
- b) Temperatura del barril: Se trata de un parámetro muy importante que debe controlarse para un funcionamiento sin problemas y para obtener un rendimiento óptimo. Teniendo en cuenta el grado de PEEK que se utiliza, la temperatura del barril de la máquina de moldeo por inyección se establece entre 360°C y 400°C.
- c) Temperatura del molde: La temperatura del molde también es un parámetro muy importante para conseguir una cristalización adecuada. Para obtener una estructura adecuada, la temperatura se mantiene entre 160°C y 200°C.
- Diseño de moldes
Flujo de materiales: El diseño del molde es un factor muy importante, por lo que el molde debe estar diseñado para adaptarse a la alta viscosidad del PEEK. Deben tenerse en cuenta factores primordiales como el diseño de la compuerta, los sistemas de canalización y la ventilación para garantizar un flujo adecuado del material y evitar defectos.
Gestión térmica: Para mantener temperaturas uniformes y reducir los tiempos de ciclo, es esencial disponer de canales de refrigeración adecuados dentro del molde.
- Proceso de inyección
Fase de inyección: En esta fase, el PEEK calentado se inyecta en la cavidad del molde a alta presión. Debido a la alta viscosidad del PEEK, las presiones suelen oscilar entre 100 y 200 MPa (14500 y 29000 psi).
Embalaje y sujeción: Una vez finalizada la primera fase y realizada la inyección inicial, se aplica una presión adicional para introducir el material en la cavidad del molde, con lo que se garantiza que la pieza esté completamente formada y libre de huecos. Además, esta fase de retención también compensa la deficiencia de material debida a la contracción a medida que se enfría.
Refrigeración: Este paso es de gran importancia, ya que influye en la cristalinidad y las propiedades mecánicas del resultado final. Durante esta etapa, el molde y la pieza deben enfriarse adecuadamente antes de la expulsión. Sin embargo, el tiempo de enfriamiento varía en función del grosor y la complejidad de la pieza, ya que las piezas más gruesas y complejas requerirán más tiempo para completar esta fase. Además, es necesario un control constante de los parámetros de moldeo para mantener la calidad de las piezas de PEEK. Las desviaciones en parámetros como la temperatura, la presión o la velocidad de enfriamiento pueden dar lugar a piezas defectuosas.
- Expulsión de piezas
Sistema de eyección: Durante esta fase, una vez que la pieza se ha solidificado completamente y se ha enfriado lo suficiente, se abre el molde y se expulsa la pieza. El proceso de expulsión debe realizarse con cuidado teniendo en cuenta la rigidez del PEEK. Los sistemas deben planificarse de forma que se limite la tensión en la pieza que se expulsa.
- Tratamiento posterior
- a) Inspección: Tras el moldeo, las piezas se inspeccionan y se comprueba que no tengan imperfecciones como alabeos, huecos o rellenos incompletos para garantizar la calidad.
- b) Recocido: A menudo, las piezas de PEEK moldeadas se someten a un proceso de tratamiento térmico de recocido para aliviar las tensiones internas y mejorar la estabilidad dimensional. Este ciclo incluye el calentamiento de las piezas a una temperatura determinada y su posterior enfriamiento a una velocidad controlada.
Ventajas del moldeo por inyección de PEEK
El moldeo por inyección de PEEK tiene varias ventajas, entre las que se incluyen las siguientes:
1.Excelentes propiedades mecánicas
Posee excelentes propiedades mecánicas, como alta resistencia, rigidez y durabilidad. Esto lo convierte en una buena elección para aplicaciones como engranajes, cojinetes e insertos clínicos, donde un rendimiento superior es un requisito previo importante.
- Resistencia a alta temperatura
El PEEK tiene grandes propiedades térmicas y puede soportar altas temperaturas de hasta 250°C manteniendo sus propiedades mecánicas. Esto permite que su uso sea razonable en aplicaciones de alta temperatura.
3.Resistencia química
Este material es profundamente impermeable a compuestos químicos y sintéticos como ácidos, bases y disolventes. Esta propiedad garantiza una larga vida útil y fiabilidad, así como su utilización en entornos químicos extremos.
4.Estabilidad dimensional
El PEEK mantiene su forma y tamaño incluso a altas temperaturas y posee una excelente estabilidad dimensional. Esta importante propiedad lo hace adecuado para aplicaciones en las que las tolerancias estrechas y la precisión dimensional son un requisito primordial.
5.Resistencia al desgaste y a la abrasión
El PEEK presenta una extraordinaria resistencia al desgaste y la abrasión, por lo que es una buena opción para utilizar en aplicaciones en las que las piezas están sometidas a altos niveles de fricción, movimiento y desgaste. Esta importante propiedad prolonga la vida útil de piezas como casquillos, juntas y componentes de bombas.
6.Biocompatibilidad
El PEEK se utiliza en aplicaciones médicas porque es biocompatible y bioinerte. Esto significa que no reacciona negativamente con los tejidos biológicos. En este sentido, se utiliza en dispositivos clínicos implantables, como instrumentos quirúrgicos, insertos dentales y dispositivos ortopédicos en los que la biocompatibilidad es fundamental.
7.Baja absorción de humedad
El PEEK absorbe una humedad mínima, por lo que garantiza la estabilidad dimensional y un rendimiento constante en entornos húmedos o mojados. Esta característica es especialmente importante para los componentes eléctricos y electrónicos.
8.Excelentes propiedades aislantes
El PEEK tiene grandes propiedades de protección eléctrica, lo que lo hace ideal para piezas electrónicas y piezas aislantes en aplicaciones eléctricas. Además, mantiene estas propiedades incluso a altas temperaturas.
9.Peso ligero
El PEEK es relativamente ligero y tiene una gran resistencia en comparación con los metales. Esta ventaja es muy ventajosa en empresas en las que la reducción de peso puede aumentar la eficiencia del combustible y el alto rendimiento en la industria aeroespacial y del automóvil.
10.Facilidad de procesamiento
El moldeo por inyección de PEEK ofrece una gran precisión cuando se trata de geometrías complejas. Así, permite una buena precisión dimensional y acabado superficial, por lo que resulta ideal para piezas intrincadas. Además, este proceso también admite grandes volúmenes de producción con una calidad constante.
11.Resistente al fuego
El PEEk tiene propiedades ignífugas y, además, genera grados excepcionalmente bajos de humo y gases tóxicos cuando se expone al fuego. Por tanto, es apropiado para aplicaciones en las que se exigen normas estrictas de seguridad contra incendios, como en el transporte y los materiales de construcción.
12.Resistencia a la radiación
El PEEK es excepcionalmente resistente a la radiación, incluidos los rayos gamma y los rayos X. Por ello, encuentra sus aplicaciones en el ámbito clínico y en la industria atómica, donde la apertura a la radiación es normal.
13.Estabilidad medioambiental
Al considerar la estabilidad ambiental y los factores ambientales, el PEEK mantiene sus propiedades en una amplia gama de condiciones ambientales. Esto incluye temperaturas extremas, radiación y exposición al agua o a productos químicos. Esta estabilidad garantiza la fiabilidad a largo plazo en numerosas aplicaciones exigentes.
Limitaciones del moldeo por inyección de PEEK
El moldeo por inyección de PEEK (poliéter éter cetona), aunque ofrece numerosas ventajas, tiene algunas limitaciones, como las siguientes:
1.Alto coste del material
El PEEK es significativamente caro en comparación con muchos otros termoplásticos. Esto puede hacer que todo el proceso de fabricación sea costoso, especialmente cuando la producción es a gran escala.
2. Retos de la tramitación
Cuando el PEEK se procesa requiere altas temperaturas, normalmente entre 350°C y 400°C, lo que requiere equipos específicos que pueden provocar una mayor utilización de energía.
- Sensibilidad a la humedad
El PEEk es excepcionalmente delicado a la humedad, por lo que debe secarse adecuadamente antes de su manipulación. El producto final presentaría defectos si el PEEK no se seca antes de procesarlo.
Moldeo por inyección de PEEK Aplicaciones
Se utiliza en diversos negocios debido a sus extraordinarias propiedades. A continuación se detallan algunas aplicaciones en distintos sectores:
1.Aeroespacial
- a) Componentes estructurales: Su elevada relación resistencia-peso y su estabilidad térmica lo hacen apropiado para piezas subyacentes en aviones y cohetes.
- b) Juntas y cojinetes: Presenta una baja resistencia al desgaste y a la fricción para piezas como juntas, cojinetes y casquillos que deben soportar cargas y temperaturas elevadas.
- c) Piezas de aislamiento: Posee brillantes propiedades dieléctricas que le permiten ser apropiado para piezas de aislamiento eléctrico en aplicaciones aeronáuticas.
- Automoción
- a) Componentes del motor: Las piezas del motor requieren un material resistente a los productos químicos y a las altas temperaturas. Por eso, el PEEK se utiliza para fabricar engranajes, juntas y retenes.
- b) Piezas de transmisión: Las piezas de la transmisión se fabrican con PEEK porque proporciona baja fricción y durabilidad.
- c) Aplicaciones bajo el capó: Las piezas fabricadas con PEEK pueden soportar las condiciones extremas del motor, incluidas las altas temperaturas y la exposición a los líquidos de automoción.
- Médico
- a) Implantes: Su biocompatibilidad hace que sea razonable utilizarlo para insertos como artilugios de fusión espinal, insertos dentales y piezas musculares.
- b) Instrumental quirúrgico: El PEEK tiene capacidad para soportar la esterilización continua en autoclave utilizada para instrumentos cuidadosos que requieren limpieza.
- c) Componentes de productos sanitarios: Se utiliza en la fabricación de diversas piezas de aparatos clínicos por su resistencia química y estabilidad dimensional.
- Electrónica
- a) Conectores y aisladores: Sus excelentes propiedades dieléctricas y su estabilidad térmica son ideales para la fabricación de conectores y revestimientos eléctricos.
- b) Equipos de fabricación de semiconductores: Su capacidad para resistir a los productos químicos y sus buenas propiedades mecánicas son ventajosas en las severas condiciones de los equipos y maquinaria de producción de semiconductores.
- c) Aislamiento del cable: Además, se utiliza para el aislamiento de cables de alto rendimiento en aplicaciones de gran demanda.
- Sector del petróleo y el gas
- a) Sellos y juntas: El PEEK tiene propiedades de resistencia a los productos químicos y a las altas temperaturas. Esto lo hace adecuado para juntas, empaquetaduras y asientos de válvulas utilizados en la exploración y extracción de petróleo y gas.
- b) Componentes de fondo de pozo: Se utiliza en componentes de fondo de pozo por su resistencia mecánica y su capacidad para soportar condiciones extremas.
- Aplicaciones industriales
- a) Componentes de la bomba: Las propiedades de resistencia química y durabilidad del PEEK lo hacen razonable para la gran mayoría de piezas de sifones y soplantes.
- b) Piezas de desgaste: También se utiliza en condiciones de alto desgaste para piezas como ruedas de piñón, bujes y cojinetes.
Equipos de procesamiento químico: Su protección frente a muchos compuestos sintéticos lo hace razonable para diversas piezas de equipos de procesamiento químico.
7.Sector alimentario
- a) Equipos de Procesado de Alimentos: Los componentes fabricados con PEEK tienen la capacidad de resistir altas temperaturas, ácidos alimentarios y productos químicos de limpieza. Por consiguiente, estos componentes se utilizan en equipos de procesamiento de alimentos.
- b) Maquinaria de envasado: Los componentes fabricados con PEEK tienen una buena resistencia mecánica y química y se utilizan en maquinaria de envasado.
- Impresión 3D
Prototipos de alto rendimiento: También se utiliza para la impresión 3D. Con él se fabrican prototipos y productos de uso final que requieren alta resistencia y estabilidad térmica.
- Bienes de consumo
- a) Material deportivo de gama alta: Sus propiedades de ligereza y alta resistencia lo hacen ideal para fabricar suministros de alta gama para exteriores, como piezas de bicicletas y cuadros de raquetas.
- b) Electrónica de consumo duradera: Con él se fabrican muchos componentes electrónicos de consumo duraderos.
Conclusión
A partir del moldeo por inyección de PEEK se fabrican componentes termoplásticos de alto rendimiento. Este método es muy eficaz para conferir propiedades notables de resistencia mecánica, resistencia química y alta estabilidad térmica. Los productos con estas propiedades se utilizan en empresas de aviación, clínicas, automoción y electrónica.
El proceso mejorado de moldeo por inyección tiene en cuenta la creación de productos complejos y precisos con una repetibilidad fenomenal y un desperdicio de material insignificante. Para obtener los mejores resultados, es fundamental controlar los límites de manipulación, como la temperatura, la presión y la velocidad de enfriamiento, fabricantes de moldes puede crear piezas de primera calidad que cumplan unas directrices extraordinarias de presentación y resistencia.
