Il polietere etere chetone è un polimero semi-vetroso che offre prestazioni termoplastiche d'eccellenza con una forza e una flessibilità fenomenali. È biocompatibile e ha un elevato punto di fusione di circa 343°C. Ha ottime proprietà meccaniche, termiche e chimiche. Stampaggio a iniezione di PEEK ha un elevato rapporto forza-peso, eccellente stabilità dimensionale, resistenza all'usura e alla fatica. Appartiene al gruppo di materiali del Poli Aril Etere Chetone (PAEK), prodotti attraverso un processo di polimerizzazione a crescita graduale. Sebbene questo termoplastico si opponga a molti prodotti sintetici e chimici, allo stesso tempo alcuni acidi possono corroderlo.
Inoltre, sopporta meno l'opposizione ai raggi UV, ma può essere disinfettato senza problemi e offre un'elevata resistenza all'usura. Questo metodo viene utilizzato per produrre parti in plastica di buona qualità a partire dal polietere etere chetone. Questo processo produce pezzi con elevata precisione dimensionale, alta resistenza, rigidità, ottime proprietà meccaniche e biocompatibilità. Questi componenti trovano applicazione anche in settori essenziali, come ad esempio le apparecchiature chirurgiche e le guarnizioni ad alta temperatura per i motori degli aerei, il settore del gas e del petrolio, l'industria automobilistica e i gadget elettronici.
Processo di stampaggio a iniezione del PEEK
Si tratta di un processo altamente meccanizzato, utilizzato per realizzare pezzi in questo materiale termoplastico ad alte prestazioni. Il metodo prevede la fusione di pellet di PEEK e l'iniezione del materiale liquido in una cavità dello stampo ad alta pressione. Successivamente, lo stampo viene raffreddato e il pezzo solidificato viene espulso dallo stampo. Questo processo consente di produrre pezzi dal design complesso, precisi e ripetibili con un elevato grado di accuratezza e coerenza.
Questo processo consiste nelle seguenti fasi principali.
Preparazione del materiale
Si tratta di una fase molto importante, considerando la natura igroscopica del PEEK, che lo rende incline ad assorbire umidità dall'aria. Di conseguenza, questo può portare a produrre difetti durante il processo di stampaggio. Per evitare che ciò accada, la resina deve essere accuratamente essiccata prima della lavorazione. In genere, l'essiccazione prevede il riscaldamento della resina a una temperatura di circa 150°C per un periodo di 3 o 4 ore.
- Configurazione della macchina di stampaggio a iniezione
- a) Selezione della macchina: Per portare a termine il processo senza intoppi, è necessaria una macchina di stampaggio a iniezione robusta e in grado di resistere alle alte temperature. La macchina deve avere parti resistenti alla corrosione, tenendo conto della natura abrasiva del PEEK. La natura abrasiva del PEEK può aumentare l'usura delle parti della macchina, per cui si rende necessaria la manutenzione dei macchinari e l'uso di materiali resistenti all'usura.
- b) Temperatura della canna: È un parametro molto critico da controllare per un funzionamento regolare e per ottenere una produzione ottimale. Tenendo conto del grado di PEEK utilizzato, la temperatura del cilindro della pressa a iniezione viene impostata tra i 360°C e i 400°C.
- c) Temperatura dello stampo: Anche la temperatura dello stampo è un parametro molto importante per ottenere una corretta cristallizzazione. Per ottenere una struttura corretta, la temperatura viene mantenuta tra i 160°C e i 200°C.
- Progettazione di stampi
Flusso di materiale: La progettazione dello stampo è un fattore molto importante, pertanto lo stampo deve essere progettato per adattarsi all'elevata viscosità del PEEK. Per garantire il corretto flusso del materiale ed evitare difetti, è necessario prendere in considerazione fattori fondamentali come il design della porta, i sistemi di scorrimento e lo sfiato.
Gestione termica: Per mantenere temperature uniformi e ridurre i tempi di ciclo, è essenziale disporre di canali di raffreddamento adeguati all'interno dello stampo.
- Processo di iniezione
Fase di iniezione: In questa fase il PEEK riscaldato viene iniettato nella cavità dello stampo ad alta pressione. A causa dell'elevata viscosità del PEEK, le pressioni variano in genere da 100 a 200 MPa (da 14500 a 29000 psi).
Imballaggio e conservazione: Dopo la prima fase e l'iniezione iniziale, si applica un'ulteriore pressione per impacchettare il materiale nella cavità dello stampo, assicurando così che il pezzo sia completamente formato e privo di vuoti. Inoltre, questa fase di mantenimento compensa anche la carenza di materiale dovuta al ritiro durante il raffreddamento.
Raffreddamento: Questa fase è molto importante perché influenza la cristallinità e le proprietà meccaniche del risultato finale. Durante questa fase lo stampo e il pezzo devono essere adeguatamente raffreddati prima dell'espulsione. Tuttavia, il tempo di raffreddamento varia a seconda dello spessore e della complessità del pezzo, poiché i pezzi più spessi e complessi richiedono più tempo per il completamento di questa fase. Inoltre, per mantenere la qualità dei pezzi in PEEK è necessario un monitoraggio costante dei parametri di stampaggio. Le deviazioni nei parametri come la temperatura, la pressione o la velocità di raffreddamento possono causare parti difettose.
- Espulsione della parte
Sistema di espulsione: Durante questa fase, una volta che il pezzo è stato completamente solidificato ed è sufficientemente raffreddato, lo stampo si apre e il pezzo viene espulso. Il processo di espulsione deve essere eseguito con attenzione, considerando la rigidità del PEEK. I sistemi devono essere progettati in modo da limitare le sollecitazioni sul pezzo da espellere.
- Post-elaborazione
- a) Ispezione: Dopo lo stampaggio, i pezzi vengono ispezionati e controllati per verificare la presenza di imperfezioni come deformazioni, vuoti o riempimenti incompleti, per garantire la qualità.
- b) Ricottura: Spesso i pezzi stampati in PEEK vengono sottoposti a un processo di trattamento termico di ricottura per ridurre le tensioni interne e migliorare la stabilità dimensionale. Questo ciclo prevede il riscaldamento dei pezzi a una particolare temperatura e il successivo raffreddamento a velocità controllata.
Vantaggi dello stampaggio a iniezione della SBIRCIATA
Lo stampaggio a iniezione del PEEK presenta numerosi vantaggi, tra cui i seguenti:
1. Eccellenti proprietà meccaniche
Presenta eccellenti proprietà meccaniche, tra cui elevata resistenza, rigidità e durata. Questo lo rende una buona scelta per applicazioni come ingranaggi, cuscinetti e inserti clinici, dove le prestazioni superiori sono un prerequisito importante.
- Resistenza ad alta temperatura
Il PEEK ha ottime proprietà termiche e può sopportare temperature elevate fino a 250°C, pur mantenendo le sue proprietà meccaniche. Questo gli consente di essere ragionevolmente utilizzato in applicazioni ad alta temperatura.
3. Resistenza chimica
Questo materiale è profondamente impermeabile ai composti chimici e sintetici come acidi, basi e solventi. Questa proprietà garantisce una lunga durata e affidabilità e l'utilizzo in ambienti chimici estremi.
4.Stabilità dimensionale
Il PEEK mantiene forma e dimensioni anche ad alte temperature e possiede un'eccellente stabilità dimensionale. Questa importante proprietà lo rende adatto ad applicazioni in cui le tolleranze strette e l'accuratezza dimensionale sono un requisito fondamentale.
5. Resistenza all'usura e all'abrasione
Il PEEK presenta un'eccezionale resistenza all'usura e all'abrasione ed è una buona opzione da utilizzare nelle applicazioni in cui le parti sono soggette a livelli elevati di attrito, movimento e usura. Questa importante proprietà estende la durata di vita di componenti come boccole, guarnizioni e componenti di pompe.
6.Biocompatibilità
Il PEEK trova applicazione nelle applicazioni mediche perché è biocompatibile e bioinerte. Ciò significa che non reagisce negativamente con i tessuti biologici. Per questo motivo, viene utilizzato nei dispositivi clinici impiantabili, tra cui strumenti chirurgici, inserti dentali e dispositivi ortopedici, dove la biocompatibilità è fondamentale.
7. Basso assorbimento di umidità
Il PEEK assorbe una quantità minima di umidità, garantendo così stabilità dimensionale e prestazioni costanti in ambienti umidi o bagnati. Questa caratteristica è particolarmente importante per i componenti elettrici ed elettronici.
8. Eccellenti proprietà isolanti
Il PEEK ha grandi proprietà di protezione elettrica, che lo rendono ideale per le parti elettroniche e le parti isolanti nelle applicazioni elettriche. Inoltre, mantiene queste proprietà anche a temperature elevate.
9.Leggero
Il PEEK è relativamente leggero e ha un'elevata resistenza rispetto ai metalli. Questo vantaggio è estremamente vantaggioso nei settori in cui la riduzione del peso può aumentare l'efficienza del carburante e le prestazioni nell'industria automobilistica e aerospaziale.
10.Facilità di elaborazione
Lo stampaggio a iniezione del PEEK offre un'elevata precisione quando si tratta di geometrie complesse. Permette quindi una buona accuratezza dimensionale e una buona finitura superficiale, che lo rendono ideale per la realizzazione di parti complesse. Inoltre, questo processo supporta anche elevati volumi di produzione con una qualità costante.
11.Resistente alla fiamma
Il PEEk ha proprietà di resistenza al fuoco e, inoltre, crea livelli eccezionalmente bassi di fumo e gas velenosi quando è esposto al fuoco. Pertanto, è adatto per le applicazioni in cui sono richiesti rigorosi standard di sicurezza antincendio, come nel settore dei trasporti e dei materiali da costruzione.
12.Resistenza alle radiazioni
Il PEEK è eccezionalmente resistente alle radiazioni, compresi raggi gamma e raggi X. Trova quindi applicazione in campo clinico e nell'industria atomica, dove l'esposizione alle radiazioni è normale.
13.Stabilità ambientale
Se si considerano la stabilità ambientale e i fattori ambientali, il PEEK mantiene le sue proprietà in un'ampia gamma di condizioni ambientali. Tra queste, le temperature estreme, le radiazioni e l'esposizione all'acqua o alle sostanze chimiche. Questa stabilità garantisce un'affidabilità a lungo termine in numerose applicazioni complesse.
Limitazioni dello stampaggio a iniezione del PEEK
Lo stampaggio a iniezione del PEEK (polietere etere chetone), pur offrendo numerosi vantaggi, presenta alcune limitazioni:
1.Alto costo del materiale
Il PEEK è notevolmente costoso rispetto a molti altri materiali termoplastici. Questo può rendere il processo di produzione complessivo costoso, soprattutto quando la produzione è su larga scala.
2.Elaborazione delle sfide
La lavorazione del PEEK richiede temperature elevate, normalmente comprese tra i 350°C e i 400°C, che richiedono attrezzature specifiche che possono comportare un maggiore utilizzo di energia.
- Sensibilità all'umidità
Il PEEK è eccezionalmente delicato all'umidità, quindi deve essere adeguatamente asciugato prima di essere maneggiato. Il prodotto finale presenterebbe dei difetti se il PEEK non viene asciugato prima della lavorazione.
Applicazioni dello stampaggio a iniezione di PEEK
Viene utilizzato in diverse attività grazie alle sue straordinarie proprietà. Ecco alcune applicazioni dettagliate in diversi settori:
1.Aerospazio
- a) Componenti strutturali: L'elevato rapporto resistenza/peso e la stabilità termica lo rendono adatto a parti sottostanti di aeroplani e razzi.
- b) Guarnizioni e cuscinetti: Ha una bassa resistenza all'usura e all'attrito per parti come guarnizioni, cuscinetti e boccole che devono sopportare carichi e temperature elevate.
- c) Parti isolanti: Ha brillanti proprietà dielettriche che lo rendono adatto all'isolamento elettrico nelle applicazioni aeronautiche.
- Automotive
- a) Componenti del motore: Le parti del motore richiedono un materiale resistente alle sostanze chimiche e in grado di sopportare anche le alte temperature. Il PEEK viene quindi utilizzato per produrre ingranaggi, guarnizioni e tenute.
- b) Parti della trasmissione: Le parti della trasmissione sono realizzate in PEEK perché garantiscono un basso attrito e una lunga durata.
- c) Applicazioni sotto il cofano: Le parti realizzate in PEEK sono in grado di resistere alle condizioni estreme del motore, comprese le alte temperature e l'esposizione ai fluidi automobilistici.
- Medico
- a) Impianti: La sua biocompatibilità ne rende ragionevole l'utilizzo per inserti quali dispositivi di fusione spinale, inserti dentali e parti muscolari.
- b) Strumenti chirurgici: Il PEEK è in grado di resistere a continue sterilizzazioni in autoclave, utilizzate per strumenti accurati che richiedono una pulizia.
- c) Componenti di dispositivi medici: Viene utilizzato nella creazione di varie parti di dispositivi clinici per la sua resistenza chimica e stabilità dimensionale.
- Elettronica
- a) Connettori e isolatori: Le sue eccezionali proprietà dielettriche e la sua stabilità termica sono ottime per la produzione di connettori e involucri elettrici.
- b) Apparecchiature per la produzione di semiconduttori: La sua capacità di resistere agli agenti chimici e le sue buone proprietà meccaniche sono vantaggiose nelle severe condizioni delle apparecchiature e dei macchinari per la produzione di semiconduttori.
- c) Isolamento del cavo: Viene inoltre utilizzato per l'isolamento di cavi ad alte prestazioni in applicazioni molto richieste.
- Settore petrolifero e del gas
- a) Guarnizioni e sigilli: Il PEEK è in grado di resistere agli agenti chimici e alle alte temperature. Questo lo rende adatto a guarnizioni e sedi di valvole utilizzate per l'esplorazione e l'estrazione di petrolio e gas.
- b) Componenti in foro: Viene utilizzato per i componenti di perforazione grazie alla sua resistenza meccanica e alla capacità di resistere a condizioni estreme.
- Applicazioni industriali
- a) Componenti della pompa: La resistenza chimica e le proprietà di durata del PEEK lo rendono adatto alla maggior parte dei componenti di sifoni e soffianti.
- b) Parti soggette a usura: Viene utilizzato anche in condizioni di elevata usura per parti quali ruote del pignone, boccole e cuscinetti.
Apparecchiature per il trattamento chimico: La sua protezione da molti composti sintetici lo rende adatto a vari componenti delle apparecchiature per il trattamento chimico.
7.Settore alimentare
- a) Attrezzature per la lavorazione degli alimenti: I componenti realizzati in PEEK hanno la capacità di resistere alle alte temperature, agli acidi alimentari e ai prodotti chimici per la pulizia. Di conseguenza, questi componenti vengono utilizzati nelle apparecchiature per la lavorazione degli alimenti.
- b) Macchinari per l'imballaggio: I componenti realizzati in PEEK hanno una buona resistenza meccanica e chimica e vengono utilizzati nei macchinari per l'imballaggio.
- Stampa 3D
Prototipi ad alte prestazioni: Viene utilizzato anche per la stampa 3D. I prototipi e i prodotti finali che richiedono un'elevata resistenza e stabilità termica vengono realizzati con questo materiale.
- Beni di consumo
- a) Attrezzature sportive di alta gamma: Le sue caratteristiche di leggerezza e di elevata resistenza lo rendono ideale per la produzione di articoli per esterni di alta gamma, tra cui parti di biciclette e telai di racchette.
- b) Elettronica di consumo durevole: Molti componenti elettronici durevoli per i consumatori sono prodotti con questo materiale.
Conclusione
I componenti termoplastici di altissima qualità sono prodotti con lo stampaggio a iniezione del PEEK. Questo metodo è molto efficace nel conferire notevoli proprietà di forza meccanica, resistenza chimica ed elevata stabilità termica. I prodotti con queste proprietà trovano quindi applicazione in settori quali l'aviazione, la clinica, l'automotive e l'elettronica.
Il processo di stampaggio a iniezione aggiornato tiene conto della creazione di prodotti complessi e accurati con una ripetibilità fenomenale e uno spreco di materiale trascurabile. Per ottenere i migliori risultati, è fondamentale controllare i limiti della manipolazione, come la temperatura, la pressione e la velocità di raffreddamento, produttori di stampi è in grado di creare pezzi di altissimo livello che rispondono a straordinarie linee guida di presentazione e resistenza.
