Poliarileterchetone (PAEK) Panoramica

Il poliarileterchetone è un membro della famiglia dei materiali termoplastici ad alte prestazioni del polieterchetone. Considerato un ibrido del PEEK (polietereterchetone), il PAEK presenta un legame arilico (A) nella sua struttura molecolare che conferisce al polimero un elevato modulo, stabilità termica e proprietà ignifughe.

Le proprietà del PAEK si collocano tra il PEEK e altri materiali termoplastici ad altissime prestazioni come il PEI (polieterimmide) e il PAI (poliammide imide). Ad esempio, la temperatura di transizione del vetro (Tg) del PAEK, pari a 316oF (158oC), è leggermente superiore a quella del PEEK, ma significativamente inferiore alla Tg del PAI, pari a 537°F (280°C).

Poiché mantiene la rigidità oltre i 300oF (150oC) e ha buone proprietà meccaniche generali, il PAEK può essere un’alternativa al PEEK per alcune applicazioni, a seconda del carico di stress e dell’ambiente chimico. Può anche essere un’opzione economica rispetto al PEEK per le applicazioni che richiedono elevate quantità di pezzi specifici o dimensioni di stock.

Gradi di resina PAEK

Solvay produce e fornisce PAEK in diverse famiglie di gradi con il nome commerciale AvaSpire® PAEK. I gradi non rinforzati variano leggermente nelle caratteristiche del flusso di fusione per soddisfare i requisiti dei diversi processi di fusione e delle diverse applicazioni. Per quanto riguarda le prestazioni termiche, i gradi non rinforzati hanno una Tg simile a 316oF (158oC) e presentano livelli comparabili di proprietà meccaniche e stabilità dimensionale. Sono disponibili anche formulazioni resistenti all’usura. Sono state sviluppate anche formulazioni di PAEK rinforzate con fibre di vetro e di carbonio per applicazioni che richiedono una resistenza e una rigidità superiori a quelle delle versioni non caricate del materiale termoplastico.

Sia i gradi non caricati che quelli rinforzati con fibre sono disponibili per la lavorazione in fusione mediante estrusione e stampaggio a iniezione. Nella famiglia delle resine AvaSpire PAEK è disponibile anche un grado non rinforzato con caratteristiche di fusione adatte all’estrusione di film e tubi sottili.

Una caratteristica notevole delle resine PAEK è la loro colorabilità. Questo è un vantaggio per le parti estetiche, dove i criteri di selezione del materiale includono l’estetica e il mantenimento della resistenza fino ai limiti di prestazione termica della plastica ad alte prestazioni. Tra le applicazioni tipiche del PAEK in questa categoria vi sono le impugnature di strumenti medici e dentali e gli alloggiamenti e i componenti per dispositivi elettrici.

Forme a stock PAEK per la lavorazione

Drake Plastics produce forme a stock da varie formulazioni di PAEK e le fornisce con la designazione del grado AvaSpire da cui sono prodotte. I gradi specifici includono AvaSpire 621 NT PAEK, un materiale naturale non rinforzato conforme alla FDA e con una buona resistenza agli urti. AvaSpire 621 GF30 PAEK offre una maggiore resistenza meccanica grazie al 30% di rinforzo in fibra di vetro. È inoltre conforme alla FDA. Ad arricchire il portafoglio di forme di PAEK ad alta resistenza di Drake per la lavorazione c’è AvaSpire 621 CF30, un grado rinforzato con il 30% di fibra di carbonio. Oltre alle proprietà meccaniche e alla conformità alla FDA, AvaSpire 621 CF30 PAEK presenta anche una migliore resistenza all’usura rispetto alle formulazioni AvaSpire non caricate e rinforzate con vetro.

Drake fornisce diversi formati di AvaSpire PAEK a magazzino ed estrude altre configurazioni su richiesta. Le capacità comprendono anche la lavorazione CNC di componenti di precisione a partire dalle forme a stock di AvaSpire PAEK e lo stampaggio a iniezione di componenti in AvaSpire PAEK secondo le specifiche dei clienti di Drake.

Caratteristiche delle prestazioni PAEK

Il PAEK offre buone proprietà generali e viene spesso confrontato con altri polimeri di polieterchetone nella valutazione dei materiali per un’applicazione.

Ad esempio, l’AvaSpire PAEK di Solvay è simile in diverse aree di prestazione al PEEK, un termoplastico ad altissime prestazioni fornito sia da Solvay che da Victrex PLC. Ci sono anche differenze notevoli. I limiti termici superiori per il mantenimento della resistenza sono leggermente più alti per il PAEK, mentre il PEEK offre una maggiore resistenza all’usura e alla fatica. Inoltre, mentre il PAEK ha un’ottima resistenza ambientale, il PEEK resiste a una gamma più ampia di sostanze chimiche. Il seguente riepilogo delle prestazioni mette in evidenza alcune analogie e differenze fondamentali:

Resistenza oltre i 150ºC

La struttura ibrida del polimero polichetone con il legame arilico conferisce al PAEK un livello di rigidità superiore nell’intervallo di temperatura di 300oF (150oC) rispetto al PEEK. Ciò è evidente nella Tg (temperatura di transizione del vetro) o punto di rammollimento di ciascun materiale, con il PAEK che misura 316oF (158oC) rispetto al PEEK a 302°F (150°C). Il mantenimento della resistenza in questo intervallo di temperature è l’attributo chiave per cui il PAEK ha un vantaggio prestazionale rispetto al PEEK.

Proprietà meccaniche

Mentre il PEEK offre prestazioni più elevate per quanto riguarda fattori quali la resistenza strutturale e la rigidità, al PAEK viene riconosciuto un buon equilibrio delle proprietà meccaniche complessive. Ad esempio, il modulo di flessione del PAEK non rinforzato misura ben 450.000 psi (3100 MPa), anche se leggermente inferiore a quello del PEEK, che raggiunge i 537.000 psi (3700 MPa). La resistenza alla flessione mostra una differenza percentuale simile a favore del PEEK. Sia il PEEK che il PAEK non presentano rotture nei test di impatto senza intaglio, ma la resistenza all’impatto senza intaglio del PAEK è superiore di circa il 10% rispetto al PEEK in test analoghi.

Conformità alla FDA

Indipendentemente dagli additivi presenti nella formulazione, tutti i gradi di PAEK forniti con il marchio AvaSpire sono conformi alla FDA. Questa caratteristica e la sua colorabilità lo rendono un buon candidato per gli alloggiamenti di apparecchiature e strumenti dentali e medicali. Il PEEK soddisfa anche i requisiti di conformità alla FDA per gli stessi tipi di applicazioni.

Resistenza chimica

L’esclusiva struttura polimerica del PEEK è alla base della sua superiore resistenza chimica rispetto ad altri polieterchetoni ed è la ragione principale del suo diffuso utilizzo come materiale per i componenti delle apparecchiature per la lavorazione del petrolio e del gas e delle sostanze chimiche. Tuttavia, tutti i polieterchetoni presentano una buona resistenza a molti ambienti chimici diversi e il PAEK non fa eccezione.

Poiché variabili come le temperature di esercizio, le pressioni e i livelli di stress interni ai pezzi finiti possono influenzare le prestazioni di qualsiasi materiale, tutte le applicazioni devono essere testate nelle condizioni e negli ambienti di utilizzo reali.

Proprietà elettriche

Le proprietà elettriche del PAEK lo rendono adatto ad applicazioni quali connettori, blocchi di connettori e isolanti. La rigidità dielettrica dell’AvaSpire AV-621 NT PAEK di Solvay, un grado non rinforzato disponibile in stock da Drake Plastics, misura 422 V/mil (16,6 kV /mm) a 0,125″ (3,2 mm) di spessore. La sua resistività di volume è pari a 6,2 x1017 Ω – cm e la sua costante dielettrica in un’ampia gamma di frequenze è pari a 3,1.

Ritardo di fiamma

Come tutti i polimeri di polieterchetone, il PAEK presenta proprietà ignifughe che gli valgono la classificazione 94 V-O negli spessori testati UL. Le sue caratteristiche di infiammabilità e le sue proprietà elettriche lo rendono un concorrente per i componenti dei dispositivi elettrici, i connettori e gli isolanti.

Applicazioni tipiche di PAEK

L’equilibrio complessivo delle sue proprietà, la resistenza chimica e la colorabilità si combinano per rendere il PAEK un candidato per applicazioni quali:

  • Maniglie per strumenti dentali e chirurgici e alloggiamenti per dispositivi elettrici che sfruttano la colorabilità del PAEK e la sua resistenza al vapore e ad altri tipi di sterilizzazione.
  • Connettori elettrici, blocchi di connettori, componenti e alloggiamenti di apparecchiature elettriche.
  • Sedi di valvole di impianti per il petrolio e il gas e per il trattamento chimico, piastre di valvole di compressori, boccole, cuscinetti e altri componenti per il trattamento dei fluidi ad alta temperatura.
  • Componenti per apparecchiature di lavorazione, riempimento e confezionamento di prodotti alimentari e farmaceutici che richiedono la conformità alla FDA e la resistenza alla pulizia e alla sanificazione ad alta pressione e ad alta temperatura.