Tipos de grados PEEK para diferentes aplicaciones [Guía]

Tipos de grados PEEK: propiedades, aplicaciones y guía de selección

Seleccionar los grados apropiados de grados de mirada para aplicaciones específicas es una de las elecciones de materiales más importantes que hará un ingeniero. mirar -gn poliéter éter cetona -ñan es un termoplástico semicristalino utilizado en aplicaciones aeroespaciales, médicas, semiconductoras y de petróleo y gas. Sin embargo, ‘PEEK’ no es un solo material.

Está disponible en cuatro familias de grados principales, cada una con su propio conjunto de propiedades, características térmicas y tendencias de maquinabilidad. Este artículo describe las familias de grados de aspecto sin relleno, llenas de vidrio, llenas de carbono y de rodamientos con datos de propiedades relevantes, consejos de aplicación y consejos de mecanizado basados en la experiencia de fabricación.

¿qué es PEEK y por qué es importante la selección de calificaciones?

PEEK es un termoplástico semicristalino perteneciente a la familia de las poliariletercetonas (PAEK). Mantiene temperaturas de servicio continuas de hasta 250°C (482°F), con una temperatura de transición vítrea (Tg) de 143°C (289°F) y un punto de fusión (Tm) de 343°C (649°F). Como termoplástico a base de resina, PEEK ofrece una resistencia mecánica que rivaliza con algunos metales manteniendo las ventajas de procesabilidad de un polímero. Estas propiedades térmicas sitúan a PEEK muy por encima de los plásticos de ingeniería estándar como el nailon (PA66, continuo 80-120°C) e incluso por encima del PPS (200°C continuo).

PEEK «también escrito como polieteretercetona « cumple con aplicaciones exigentes en el sector aeroespacial, dispositivos médicos, fabricación de semiconductores y petróleo y gas, donde pocos plásticos sobreviven.

Otra caracterización de PEEK es que la resistencia química. PEEK resiste la mayoría de los disolventes, ácidos y bases orgánicos. Sin embargo, el ácido sulfúrico concentrado atacará la cadena polimérica.

Esta resistencia hace que PEEK se use comúnmente en procesamiento químico, aplicaciones de fondo de pozo de petróleo y gas y equipos de banco húmedo semiconductores.

ASTM D8033-22 clasifica la literatura por especificación de propiedades para los grados de extrusión y moldeo por aspecto. ASTM D6262-23, por otro lado, es para los precursores de formas originales de PAEK 'varillas, placas y tubos' que CNC almacena desde la máquina hasta las piezas terminadas.

Nuestros maquinistas mecanizarán los cuatro tipos de familias de grados de aspiración (sin rellenar, rellenos de vidrio, rellenos de carbono y de rodamiento), todas las cuales tienen diferentes datos de herramientas y corte. Las siguientes son las propiedades, las aplicaciones de mejor ajuste y las características de mecanizado de cada uno de estos grados tal como se presentan a partir de los datos publicados y los datos de prueba y error del piso de producción.

Peek sin llenar « Rendimiento puro para aplicaciones médicas y de contacto con alimentos

el vistazo sin llenar, utilizando Victrex 450G como grado de referencia, proporciona un rendimiento de tracción de 100 MPa, con un alargamiento de rotura de 50% y un módulo de flexión de 4,1 GPa. La temperatura de deflexión por calor (HDT), es decir, la temperatura donde el material se deforma a una presión de 264 psi (1,8 MPa), es de 160C. Todos los grados comparten una temperatura de servicio continua de 250°C, una constante en toda la familia PEEK.

El PEEK sin llenar encuentra su uso de mayor valor en el sector médico. Biocompatible según ASTM F2026-17, se utiliza en jaulas de fusión espinal (espaciadores intervertebrales), pilares dentales y placas de reconstrucción craneal. Un estudio de 2019 en el Revista de Medicina Clínica (PMC) se confirmó que PEEK es mecánicamente adecuado para bases de dentaduras postizas, con propiedades de flexión que cumplen con los requisitos de la norma ISO 20795-1.

Además de sus grados médicos, el vistazo sin relleno se puede utilizar para entregar toda la maquinaria para el procesamiento de alimentos que cumpla con la FDA; Portadores de obleas semiconductoras (la pureza química es fundamental) y accesorios de válvula resistentes a productos químicos. Su alargamiento 50% es el más alto de cualquier grado de mirada y presenta una excelente tenacidad mecánica y resistencia a la fatiga, beneficios reales para situaciones de carga de impacto o vibración.

En términos de mecanizado, el vistazo sin relleno es el más fácil de mecanizar de todos (otros nos dicen que un maquinista experto puede manejarlo “como el nailon”; Las herramientas de carburo estándar se extienden bien, el acabado de la superficie es predecible y la formación de virutas es limpia. Para mecanizar PEEK sin relleno para mecanizado CNC PEEK hermético generalmente alcanzamos 0,025 mm en dimensiones críticas.

Los ingenieros a veces olvidan las cualidades de fluencia de un vistazo sin relleno por encima de 150 °C, en presencia de cargas sostenidas. En este rango superior, generalmente supera a la mayoría de los plásticos de ingeniería en este nivel de prueba, pero aún se arrastrará bajo una tensión sostenida muy alta a alta temperatura. Para aplicaciones estáticas a alta temperatura, los grados rellenos de vidrio y carbón proporcionarán un mayor rendimiento de fluencia.

Peek relleno de vidrio « Rigidez mejorada y estabilidad dimensional

el vistazo relleno de vidrio tiene un refuerzo típico de fibra de vidrio de 30 wt%. Grados populares como Victrex 450GL30 y Solvay KetaSpire KT-820 GF30. La adición de fibra de vidrio aumenta la resistencia a la tracción a 130-140 MPa (en lugar de 100 MPa sin llenar), aumenta el módulo de flexión a 6-7 GPa (4,1 GPa para sin llenar es impresionante) y eleva el HDT por encima de 315C a 1,8 MPa.

La conductilidad es la compensación. El alargamiento en la rotura cae de 50% a apenas 2-3%. Las piezas de asa rellenas de vidrio mal manejadas no son amigables con los impactos ni las piezas ensamblables a presión que requieren cierta flexión en el diseño. Las piezas se vuelven más rígidas y dimensionalmente estables mediante ciclos térmicos, lo que es perfecto para la fijación de semiconductores y soportes estructurales aeroespaciales.

Las principales aplicaciones de la mira llena de vidrio incluyen componentes de bombas de alta temperatura, asientos de válvulas, sellos mecánicos en equipos giratorios y soportes estructurales en el sector aeroespacial.38.

Peek relleno de carbono « Resistencia al desgaste y resistencia al soporte de carga

Mirada llena de carbono: la fibra de carbono T 30 wt% (Victrex 450CA30, Solvay KT-820 CF30) es el grado más fuerte dentro de la familia PEEK. La resistencia a la tracción de la forma original exhibe 150-170 MPa, y su módulo de flexión de 11-12 GPa es casi tres veces el grado sin relleno. La especificación de melaza mecanizada 450CA30 puede alcanzar 226 MPa y ser apta para moldeo por inyección.

la conductividad térmica demuestra un valor aproximadamente 3,5 mayor que el hocifer del vistazo sin relleno, lo que contribuye a una mayor capacidad de dispersión de calor en escenarios dinámicos y generadores de fricción. HDT admite 315C y el coeficiente de fricción mide 0,16. (frente a 0,38 para el vistazo sin relleno), pero no tan bajo como en el caso de la formulación industrial de calidad de rodamiento 0,11.

Los ingenieros especifican piezas mecanizadas con visor de fibra de carbono para componentes estructurales aeroespaciales, casquillos de alta carga donde la resistencia estática es crítica, herramientas de fondo de pozo de petróleo y gas sujetas a condiciones extremas de HPHT o componentes de línea motriz automotriz donde se desea una reducción de masa sobre el aluminio. La investigación publicada por PMC/NIH sobre las características tribológicas del visor reforzado con fibra de carbono confirma los beneficios de resistencia al desgaste de los compuestos CF-peek en una amplia variedad de condiciones de contacto.

Una propiedad importante: la fibra de carbono proporciona conductividad para echar un vistazo. Esto hace que el PEEK lleno de carbono sea la selección de facto para semiconductores sensibles a ESD donde se debe gestionar la descarga estática. Los PEEK sin llenar y Nulafo Samekol son aisladores eléctricos y no pueden funcionar en esta función.

Un error de especificación frecuente: elegir relleno de carbono cuando el grado de rodamiento sería la mejor opción para el contacto deslizante. El relleno de carbono es excelente en Vesv estático. y rigidez estructural, no una interfaz deslizante autolubricante. Para ejes giratorios, sellos alternativos o piezas deslizantes, el aspecto de grado de rodamiento es el material correcto. Si bien el CoF de 0,16 puede verse bien en teoría, el relleno de carbono carece de las propiedades autolubricantes de las formulaciones de rodamientos.

Peek de grado de rodamiento “ Rendimiento autolubricante de baja fricción

El PEEK de grado de rodamiento utiliza una formulación tribológica llamada mezcla “10-10-10”: fibra de carbono 10% para refuerzo estructural, grafito 10% para manejo de calor y lubricación seca, y ptfe 10% para reducción de fricción. Victrex 450FC30 es el ejemplo especificado con mayor frecuencia, con una resistencia a la tracción de 131 MPa, un módulo de flexión de 8,1 Gpa, un coeficiente de fricción de 0,11 y un HDT de 277C.

Una formulación proporcionada es el Ensinger TECApeek PVX, que utiliza una relación alternativa y logra un CoF de 0,18-0,20, un límite de PV (presión-velocidad) de 500.000 psift/min y una resistencia a la tracción de 76 MPa. Las diferencias de propiedades son grandes si se comparan las hojas de datos de Victrex y Ensinger, siempre verifique los datos empíricos del fabricante específico en lugar de las comparaciones de supuestos 1:1.

Con propiedades tribológicas superiores, el PEEK de grado de rodamiento logra la fricción más baja de todos los grados de PEEK: 0,11-0,20 dependiendo de la formulación, a diferencia de ~0,38 para los sin relleno. Por lo tanto, su baja fricción lo convierte en la opción evidente para arandelas de empuje, casquillos de muñón, anillos de pistón de compresor, sellos de eje giratorio o anillos de desgaste de bombas. En nuestra tienda, el PEEK de grado de rodamiento es el grado especificado con mayor frecuencia para casquillos PEEK personalizados y componentes de desgaste «aproximadamente 40% de todos los pedidos de PEEK.

En los grados rellenos, el grado de rodamiento ofrece la mejor maquinabilidad. El PTFE actúa como lubricante interno durante el corte, reduciendo la fricción entre la herramienta y la pieza de trabajo. El desgaste de la herramienta es mayor que el de un vistazo sin relleno, pero dramáticamente menor que el de los grados CF o rellenos de vidrio.

Comparación de grados PEEK « Propiedades mecánicas y térmicas una al lado de la otra

A continuación se muestran datos de propiedad compilados a partir de hojas de datos de Victrex, especificaciones de Ensinger TECAPEEK PVX y compilaciones técnicas de polifluoroltd. Todos los valores son para grados de forma original (varilla/placa extruida) a menos que se especifique lo contrario.

Fuentes: Hojas de datos Victrex 450G / 450GL30 / 450CA30 / 450FC30; Hoja de datos de Ensinger TECApeek PVX; Compilación de grados polifluoroltd.

Clasificación de maquinabilidad

A partir de los datos de desgaste de la herramienta que registramos en nuestra operación de servicio de mecanizado CNC, validados por los datos encontrados en los foros de discusión de la industria:

1. Sin llenar (más fácil) -herramientas de carburo estándar, formación de virutas limpias, mayor vida útil de la herramienta
2. Grado de rodamiento « El PTFE se autolubrica durante el corte, desgaste moderado de la herramienta
3. «abrasivos para herramientas rellenos de vidrio, sugirió PCD, la vida útil de la herramienta disminuyó 50-70%
4. Abrasivos duros rellenos de carbono (los más duros) para herramientas, se requiere PCD, tasa más alta de desgaste de herramientas

Jerarquía de maquinabilidad de nuestra operación CNC: sin relleno > grado de rodamiento > relleno de vidrio > relleno de carbono. El desgaste de las herramientas aumenta proporcionalmente al grado de dureza del relleno, siendo la fibra de vidrio tan abrasiva como los metales de fibra de carbono. Este hallazgo a menudo sorprende a los ingenieros a quienes se les ha hecho creer que los materiales más duros deben ser más abrasivos para las herramientas.

Cómo elegir la calificación PEEK adecuada para su solicitud

Cuatro preguntas forman un diagrama de flujo lógico que selecciona una calificación. Si responde “sí” en cada etapa, surgirá en la familia de calificaciones adecuada para sus necesidades.

¿no estás seguro de qué elegir? Nuestros ingenieros se complacen en recomendar el grado de ajuste según sus criterios de aplicación, condiciones operativas y presupuesto, utilizando 17 años de experiencia en mecanizado con tolerancias estrictas en los mercados médico, aeroespacial y de semiconductores.

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Preguntas frecuentes sobre las calificaciones PEEK

¿cuál es la calificación PEEK más fuerte?

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El relleno de carbono (30% CF) encabeza la tabla con una tracción de 150-170 MPa para formas originales, alcanzando 226 MPa moldeado por inyección.

¿puede PEEK reemplazar el metal en aplicaciones estructurales?

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Sí, en casos específicos. Los soportes aeroespaciales, las piezas de transmisión de automóviles y los implantes médicos son conversiones comunes de metal a PEEK. El PEEK relleno de carbono ofrece un ahorro de peso de 60-70% con respecto al acero y al mismo tiempo iguala la resistencia a la tracción a nivel de aluminio. El sentido del interruptor depende de la temperatura de funcionamiento, el patrón de carga, la exposición química y el volumen de producción. El coste del material PEEK es mayor que el de la mayoría de los metales, por lo que el caso de negocio suele depender del ahorro de peso o de la resistencia a la corrosión.

¿PEEK está aprobado por la FDA para contacto con alimentos?

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Los grados PEEK no cumplimentados cumplen con las regulaciones de contacto con alimentos de la FDA. Las aplicaciones de implantes médicos siguen ASTM F2026-17. Siempre verifique que su proveedor tenga certificaciones vigentes.

¿qué es el PEEK de grado de rodamiento 10-10-10?

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Una formulación tribológica con fibra de carbono 10%, grafito 10% y PTFE 10% en peso. La fibra de carbono proporciona refuerzo, el grafito ayuda a la disipación térmica y la lubricación seca, y el PTFE reduce la fricción por deslizamiento. Victrex 450FC30 es la versión más especificada de esta formulación.

¿cómo se compara PEEK con PPS y PEI como plásticos de alto rendimiento?

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PEEK maneja un servicio continuo de 250°C frente a 200°C para PPS y 170°C para PEI (Ultem). PEEK también gana en resistencia química y resistencia mecánica en todos los ámbitos, pero cuesta entre 3 y 5 × más que PPS por kilogramo. Si la temperatura de su servicio se mantiene por debajo de 200°C y la exposición química es leve, el PPS a menudo tiene más sentido económico.

¿qué temperatura puede soportar PEEK continuamente?

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Todos los grados de mirada tienen una temperatura de servicio continua de 250 C (482 F), cualquiera que sea el relleno, y la exposición a corto plazo a 300 C también se puede lograr sin sufrir ningún deterioro importante. La transición vítrea se produce a 143C (289F) y el punto de fusión es 343C (649 F).