Soluciones de moldeo de material PEEK
¿Qué material PEEK necesitas saber?
Tabla de contenido
Introducción
Los polímeros han reemplazado a los metales en numerosas aplicaciones en la industria médica y otras industrias. Esto ha mejorado el tratamiento y la gestión de diversas afecciones médicas. Si bien este campo está en expansión, existen algunos polímeros con aplicaciones consolidadas. El poliéter éter cetona, o PEEK, es uno de ellos. Es biocompatible, esterilizable y duradero. Se utiliza en aplicaciones que van desde el reemplazo de tejidos hasta herramientas médicas. El PEEK es un polímero de alto rendimiento. Más allá de la industria médica, el PEEK también se utiliza en aplicaciones más complejas. Un ejemplo es la fabricación de piezas aeroespaciales y de maquinaria. El moldeo por inyección de PEEK amplía sus aplicaciones a productos más complejos y reproducibles en masa. El moldeo por inyección de PEEK es diferente del moldeo por inyección de otros plásticos. Este artículo analiza algunas de sus peculiaridades. Al hacerlo, también exploramos sus propiedades, aplicaciones y algunas de sus características especiales. Aquí comprenderá en detalle cómo el moldeo por inyección de PEEK se distingue del de otros plásticos.
¿Qué hace que PEEK sea tan fantástico?
Muchos polímeros poseen propiedades que los distinguen de otros. De hecho, es posible que los polímeros sean la clase de materiales más diversa. Algunos poseen propiedades excepcionales que requieren mayor consideración, tanto en su procesamiento como en sus aplicaciones. Uno de ellos es el PEEK. Comencemos con algunas de sus propiedades que lo hacen ideal para diversas aplicaciones.
Propiedades mecánicas superiores
El PEEK se clasifica como un material de alto rendimiento. Se trata de plásticos que mantienen su integridad en diversas aplicaciones extremas. Sus propiedades mecánicas le confieren sus características de alto rendimiento. Al observar su estructura química, sus propiedades superiores son evidentes. Su unidad repetitiva consta de tres anillos de benceno, conectados por una cetona y un grupo éter. La estructura es una secuencia repetitiva de anillos de benceno unidos a cetona y éter, lo que le confiere una estructura semicristalina resistente y estable. Sus propiedades mecánicas superiores también posibilitan el mecanizado del PEEK, lo que resulta ideal cuando se necesitan eliminar rebabas o rebabas de productos de PEEK moldeados por inyección. Las propiedades mecánicas superiores del PEEk se complementan con su ligereza y baja densidad. Para poner esto en perspectiva, el PEEK tiene una densidad de 1,32 g/cm³. La densidad del PTFE es de 2,2 g/cm³, mientras que la del PET es de 1,38 g/cm³. Esto significa que se trata de un material resistente que puede soportar el calor del agua hirviendo. Sin embargo, es más ligero que el plástico utilizado en las botellas de agua potable. La industria se vuelve loca por este tipo de material.
Tolerancia a la radiación
La radiación se utiliza a menudo para esterilizar instrumental médico. El material empleado para la producción de estos productos debe tolerar dicha radiación. Entre las radiaciones empleadas para la esterilización se incluyen la radiación gamma y la radiación UV. El Peek puede tolerar estas radiaciones sin alterar su integridad química ni física.
Tolerancia a altas temperaturas
Los metales han tenido un éxito rotundo en muchas herramientas y equipos médicos. Esto se debe en parte a su facilidad de limpieza y esterilización. Los plásticos como el polietileno no soportan altas temperaturas, ni siquiera temperaturas cercanas al punto de ebullición del agua. Pruebe a verter agua hirviendo en una botella de PET y observe cómo se ablanda. La esterilización se produce a temperaturas superiores a 180 °C. La esterilización es una parte crucial de la práctica médica. Por lo tanto, los materiales utilizados deben estar estériles, ya que esto podría provocar pérdidas fatales. Los productos reutilizados se esterilizan antes y después de su uso. Los de un solo uso se producen en condiciones de fabricación estériles.
La producción en condiciones estériles incrementa considerablemente los costos de producción. La posibilidad de esterilizar un producto después de su fabricación simplifica el proceso. Además, permite reutilizarlo con seguridad, manteniendo su estado estéril. La esterilización térmica es una de las formas más sencillas y eficaces de esterilización. La capacidad del PEEK para soportar altas temperaturas contribuye a su utilidad.
Resistencia a productos químicos y disolventes
Esto incluye la resistencia al agua. En aplicaciones médicas, las herramientas o implantes se exponen a la humedad durante largos periodos. Esto también puede ocurrir en diversos entornos. Más aún en materiales que entran en contacto con tejido humano, suero, sangre u órganos internos. Estos se encuentran en diversas condiciones, como ácidos, alcalinos, salados, etc., como la acidez del estómago y la sangre, casi neutra. Lo mejor del PEEK es que conserva su resistencia a productos químicos y disolventes, incluso a temperaturas elevadas. Esto es excelente, por ejemplo, en máquinas donde los fluidos se calientan por el calor o la fricción.
Algunos factores a considerar al moldear PEEK por inyección
Si bien el PEEK puede ser excelente para algunas aplicaciones de alta gama, su procesamiento no es tarea fácil. Si trabaja con PEEK por primera vez, hay algunas consideraciones especiales que debe tener en cuenta. Independientemente de si ya tiene experiencia en el moldeo por inyección de otros plásticos, el PEEK presenta algunos desafíos que podrían no existir con otros plásticos. Estos son los siguientes.
Temperatura de moldeo por inyección
El primer desafío que enfrenta un procesador en el moldeo por inyección de PEEK es su alto punto de fusión. Si bien esto es excelente para su aplicación, lo dificulta en el moldeo por inyección. Aun así, el moldeo por inyección es el método más rentable para fabricar plásticos, especialmente con PEEK. Trabajar con PEEK implica que la máquina opera en el límite del rango de temperatura. Por lo tanto, es importante proteger las piezas del equipo de daños por calor o tensión. Esto implica el uso de metales y aislamientos de alta calidad cuando sea necesario. El PEEK se moldea en el mismo tipo de máquinas de moldeo por inyección que los plásticos más comunes. Sin embargo, estas deben estar bien adaptadas para cumplir con los requisitos especiales del PEEK. Por lo tanto, cualquier máquina vieja no sirve. Para que una máquina de moldeo por inyección sea apta para el procesamiento, debe alcanzar aproximadamente 400 °C + 50 °C. Si no lo hace, es necesario realizar modificaciones. Las modificaciones realizadas buscan aumentar la capacidad de calentamiento del termopar. Las bandas calefactoras también se sustituyen por unas de cerámica. Para contener el calor y alcanzar temperaturas más altas con mayor rapidez, las mantas aislantes son útiles. Esto aísla el barril, de modo que el calor generado se mantiene y la temperatura sube más rápido. Esto reduce el consumo de energía y, por lo tanto, los costos.
La distribución de la temperatura a lo largo del cilindro también es muy importante. Al igual que la temperatura de la masa fundida al pasar por los canales y entrar en el molde, la distribución de la temperatura a lo largo del cilindro comienza desde la alimentación. Esta debe mantenerse lo suficientemente fría para evitar la formación de puentes. Esto se debe a una restricción del flujo causada por la fusión prematura del polímero en la zona de alimentación. Si esto ocurre, los pellets se atascarán en la garganta de alimentación en lugar de avanzar.
La temperatura de la masa fundida debe mantenerse entre 170 y 200 °C en la parte inferior del barril. En el molde, la situación es diferente. Aquí es donde se produce el enfriamiento. No se desea que la pieza se enfríe de forma desigual, es decir, que algunas piezas se enfríen rápidamente y otras a un ritmo más lento. La velocidad de enfriamiento afecta la cristalinidad, lo que provoca una mezcla de regiones amorfas y cristalinas en el mismo producto. Esto suele observarse como una coloración desigual. La imagen a continuación muestra un ejemplo de dicha decoloración.
Cuando se trata de puertas, cuanto más grande, mejor.
La masa fundida entra en el molde a través de las compuertas. A menudo se pasa por alto la compuerta, pero desempeña un papel importante en la formación del producto. La compuerta determina el flujo de la masa fundida en el molde, lo que a su vez determina el patrón de enfriamiento. Esto es especialmente importante para un polímero como el PEEK, que presenta una alta contracción. Una compuerta más grande permitirá que una mayor cantidad de masa fundida entre en el molde en un momento dado. Esto facilita una caída de temperatura más uniforme, lo que resulta en una contracción más uniforme y una mejor formación de la pieza. Aunque se dice que son adecuadas para muchas aplicaciones, las compuertas submarinas no son muy adecuadas para el PEEK. Las compuertas de pestaña, de abanico o de borde funcionan mejor para el moldeo por inyección de PEEK. Sin embargo, también hay que tener en cuenta otros factores que afectan las especificaciones de la compuerta, como el número de cavidades del molde y el tipo de sistema de canales.
Contracción
La mayoría de los plásticos se contraen hasta cierto punto al enfriarse. Este cambio de volumen, de fundido a sólido duro, suele tenerse en cuenta en el diseño de moldes. La contracción se vuelve más compleja cuando es anisotrópica. En otras palabras, el material se contrae de forma diferente en distintas direcciones. La presión se aplica durante el enfriamiento manteniendo el molde bajo presión. Esto garantiza superficies y geometrías uniformes. Para la contracción anisotrópica, aplique la presión teniendo en cuenta la dirección de la contracción. Por lo tanto, al diseñar moldes para PEEK, considere esta contracción anisotrópica.
El material de fabricación de maquinaria
Al operar a temperaturas tan altas, las piezas en contacto con la masa fundida deben ser de alta calidad. El cobre o las aleaciones no se utilizan en el moldeo por inyección de PEEK, aunque sí pueden funcionar en el procesamiento de polímeros de bajo punto de fusión, como el polietileno. Son vulnerables a la corrosión a temperaturas más altas. El acero inoxidable de alta calidad funciona para el moldeo por inyección de PEEK. Esto es aún más importante para el husillo y el cilindro, ya que están en contacto con la masa fundida durante más tiempo que cualquier otra parte de la máquina. Mantener superficies lisas y bien pulidas también es importante. Esto asegura un flujo fácil de la masa fundida y un buen patrón de flujo. Para un polímero tan resistente con un alto punto de fusión, la viscosidad tiende a ser menor. Esto es diferente a un polímero de bajo punto de fusión, que no necesita tanto calor para lograr una viscosidad más baja. Con un material más viscoso, las paredes lisas ofrecen la menor resistencia al flujo.
El secado
El PEEK presenta una excelente resistencia al agua y a otros disolventes. Sin embargo, la humedad ambiental puede acumularse en la superficie. La humedad acumulada durante el almacenamiento se convertirá en gas durante el procesamiento. A temperaturas tan altas, no es recomendable que queden bolsas de aire en la masa fundida. Se recomienda secar el PEEK hasta alcanzar un contenido de humedad inferior al 0,02 %. Esto se logra secando a una temperatura de aproximadamente 160 °C en un horno de circulación durante 2 a 3 horas.
Residuos y contaminantes
A altas temperaturas, los materiales que no son PEEK se degradan. Si la máquina procesa otros plásticos, estos podrían ser residuos de estos. Los plásticos con un punto de fusión más bajo se degradarán y causarán manchas oscuras en ellos. Esto arruina la apariencia y la calidad, y puede resultar en el rechazo de la pieza. Para evitar esto, cada parte del equipo debe limpiarse antes de comenzar la producción con PEEK. Esto incluye desmontar el tornillo y limpiar tanto el tornillo como el cilindro. Estas son las partes más calientes y deben recibir aún más atención. Otras partes como la boquilla, los canales y los moldes también necesitan limpieza. Si es posible, dedique la máquina de inyección solo a PEEK. Otras máquinas de procesamiento auxiliares, como el triturador, también están incluidas. Dedicar toda la línea a PEEK significa menos posibilidades de contaminación.
Sobremoldeo con PEEK
El PEEK es un plástico rígido a su temperatura de servicio. Es una de las mejores opciones para el sobremoldeo. Constituye un buen material de sustrato. Forma un núcleo resistente sobre el que se puede sobremoldear un material más blando o de menor punto de fusión. Su alta temperatura de ablandamiento ofrece una mayor variedad de plásticos para el sobremoldeo. Con una mayor variedad de temperaturas de fusión, se pueden utilizar más materiales para el sobremoldeo.
Algunos productos de PEEK moldeados por inyección
Las aplicaciones del PEEK abarcan desde la medicina hasta la industria aeroespacial y la maquinaria. A continuación, se presenta una lista de algunas de ellas. La mayoría se moldean por inyección (los tubos y perfiles se extruyen en la mayoría de los casos).
- implantes ortopédicos
- Implantes dentales
- dispositivos quirúrgicos
- dispositivos médicos
- Reemplazo de cadera
- implantes espinales
- Reemplazo/reparación de la articulación del dedo
- Tubos
- Aislamientos eléctricos
- Perfiles
Conclusión
El procesamiento de PEEK se realiza en máquinas de moldeo por inyección convencionales. Sin embargo, estas deben someterse a modificaciones para adaptarlas al PEEK. Algunas precauciones adicionales garantizan un proceso exitoso. Un buen control de temperatura, entradas de gran tamaño y materias primas limpias y secas son algunos ejemplos. Cabe destacar que las exigencias del procesamiento también dependen del grado de PEEK utilizado.
Enlaces de referencia
https://www.victrex.com/es/victrex-peek
https://www.plasticstoday.com/materiales/el-nuevo-material-peek-lleva-el-rendimiento-a-otro-nivel
https://www.plasticstoday.com/medical/solvays-peek-polymer-gets-nod-spinal-implant-device