Panoramica sul PEEK (Polietereterchetone)
Il polietereterchetone, comunemente chiamato PEEK, fa parte della famiglia di termoplastici semicristallini del polieterchetone. Altri materiali semicristallini con vari rapporti tra etere e chetone nella loro struttura sono PEK, PEKK, PEKEKK e PAEK. Tuttavia, l’esclusivo rapporto 2:1 tra etere (E) e chetone (K) del polimero PEEK offre una resistenza chimica superiore rispetto ad altri polieterchetoni ed è uno dei principali fattori che contribuiscono alla maggiore diffusione del PEEK.
Riconosciuto per le sue elevate prestazioni, il PEEK vanta un elenco impressionante di proprietà fisiche. La termoplastica semicristallina resiste anche all’esposizione prolungata al vapore ad alta pressione, all’acqua calda e a molti prodotti chimici altamente aggressivi. La sua resistenza all’usura sotto carico dinamico si aggiunge ai vantaggi in termini di prestazioni che stanno alla base delle specifiche del PEEK per i componenti stampati a iniezione e lavorati che devono resistere a condizioni di servizio severe.
Resina PEEK Fornitori, Prodotti
Dall’introduzione commerciale del PEEK nel 1980, la Victrex PLC ne è diventata il principale produttore e fornisce questo termoplastico ad altissime prestazioni in tutto il mondo dalle sue sedi nel Regno Unito. Gli sforzi dell’azienda per lo sviluppo di applicazioni durano da più di 40 anni e hanno portato all’uso diffuso del PEEK per i componenti nei settori aerospaziale, dell’esplorazione e della produzione di petrolio e gas, della produzione di semiconduttori, delle attrezzature mediche, militari e della difesa.
Con la proliferazione di pezzi specificati in Victrex® PEEK e la crescente consapevolezza degli ingegneri delle capacità del materiale, sono emerse nuove possibilità di applicazione che andavano oltre i limiti prestazionali dei gradi iniziali. Queste opportunità hanno portato allo sviluppo di materiali in PEEK che servono per una più ampia gamma di applicazioni. I gradi a prestazioni migliorate includono formulazioni con proprietà migliorate in termini di cuscinetti e usura e con rinforzi in fibra di vetro e carbonio che aumentano significativamente la resistenza strutturale del PEEK.
La sua relativamente facile lavorabilità in fusione ha portato ad adattare la resina PEEK a diversi metodi di lavorazione, tra cui lo stampaggio a iniezione, lo stampaggio a compressione e l’estrusione di fibre, tubi, pellicole e forme lavorabili. L’apertura di queste alternative di lavorazione ha ampliato ulteriormente la gamma di applicazioni del PEEK e i settori in cui il materiale viene utilizzato.
Solvay ha iniziato la produzione di resina PEEK negli Stati Uniti all’inizio degli anni 2000 e ha sviluppato attivamente prodotti per applicazioni di servizio severe in una serie di settori. Commercializzata con il nome di KetaSpire® PEEK, la famiglia di gradi Solvay comprende formulazioni con miglioramenti delle prestazioni per una maggiore resistenza all’usura e forza strutturale. Anche la famiglia di prodotti KetaSpire® PEEK viene tipicamente lavorata per estrusione e stampaggio a iniezione e serve numerosi settori e applicazioni sotto forma di pezzi stampati, forme estruse che vengono lavorate in componenti di precisione, film e tubi estrusi.
Gli sviluppi più recenti dei polimeri PEEK di Victrex PLC e Solvay includono gradi biocompatibili per applicazioni umane impiantabili e non impiantabili, oltre a gradi con capacità di temperature più elevate. Invibio Biomaterial Solutions, un’azienda di Victrex, designa il suo grado implantare come PEEK-Optima™, e Solvay marca il suo prodotto impiantabile Zeniva®. PEEK.
Forme in stock di PEEK per la lavorazione
Grazie alla relativa facilità di lavorazione del PEEK, le officine meccaniche di tutto il mondo hanno a disposizione forme in stock realizzate con diversi gradi di questa termoplastica ad altissime prestazioni. Drake fornisce la sua gamma completa di forme a stock di PEEK a molte di queste aziende di lavorazione che sono ben qualificate nella produzione di pezzi di precisione di alta qualità.
La tecnologia di controllo del processo e di orientamento delle fibre di Drake per il PEEK
La tecnologia di Drake Plastics nell’estrusione di forme di PEEK e nello stampaggio a iniezione si concentra sullo stretto controllo delle alte temperature e delle pressioni coinvolte nel processo di fusione. La nostra esperienza in questo settore garantisce i massimi livelli di proprietà e stabilità dimensionale dei pezzi lavorati e stampati in PEEK.
Per quanto riguarda i gradi di PEEK rinforzati con fibre di vetro e di carbonio, un fattore importante per determinare le prestazioni del pezzo finito durante la lavorazione è la tecnologia per gestire l’orientamento delle fibre. Si tratta di un settore in cui Drake vanta decenni di esperienza di successo sia nella lavorazione delle fusioni che nella definizione dell’orientamento ideale delle fibre nei pezzi lavorati per ottenere la massima resistenza e stabilità dimensionale per la tua applicazione.
Forme azionarie e nomi commerciali di Drake's PEEK
Drake offre una famiglia completa di forme di PEEK, dai gradi non rinforzati e migliorati per cuscinetti e usura alle formulazioni rinforzate con vetro e fibre, nella più ampia gamma di dimensioni del settore.
A seconda dello specifico grado di resina utilizzato, Drake Plastics applica i marchi Victrex® PEEK o Solvay KetaSpire® PEEK per ottenere forme estruse di ottima qualità. Queste forme premium includono quelle esclusive di Drake, come il tondino da 10 pollici/ 255 mm di diametro e la piastra da 4,0 pollici/ 200 mm di spessore, che rappresentano le forme estruse più grandi disponibili al mondo.
Drake offre anche forme con il marchio Drake Industrial Grade PEEK, di qualità equivalente o leggermente superiore rispetto ad altre forme di PEEK disponibili in commercio. Come nel caso delle barre e delle lastre di PEEK della concorrenza, i prodotti che indichiamo come PEEK di grado industriale Drake sono forniti senza certificazioni di resina che confermino la conformità Mil-P46183. Vengono estrusi in volumi elevati in condizioni tali da garantire l’economicità necessaria per determinate applicazioni.
Profilo prestazionale del PEEK
Mantenimento della resistenza e stabilità dimensionale a temperature elevate
Il PEEK si classifica ai primi posti per quanto riguarda la resistenza alla flessione e alla trazione a temperature elevate. Le sue proprietà includono una Tg (temperatura di transizione vetrosa) di 302°F (150°C). Nei gradi non rinforzati la temperatura di deformazione termica è di 315°F (157°C), mentre i gradi rinforzati con fibre mantengono un’elevata resistenza a temperature ancora più elevate. I dati sulle proprietà di Victrex indicano che la temperatura di deflessione termica del suo Victrex 450 CA30 PEEK rinforzato con il 30% di fibra di carbonio, ad esempio, è di 520°F (271°C), un notevole passo avanti nelle prestazioni rispetto alle formulazioni non rinforzate. È importante notare che questo valore deriva da campioni stampati con le fibre orientate in modo ottimale per i test. I pezzi stampati a iniezione o quelli lavorati a partire da forme di stock non raggiungeranno probabilmente questo risultato ottimale.
Il PEEK presenta inoltre un’eccezionale resistenza al creep o al cold flow sotto carico ad alte temperature. Inoltre, grazie al suo basso coefficiente di espansione termica lineare, è altamente stabile dal punto di vista dimensionale quando è esposto a variazioni di temperatura estreme.
Drake Plastics estrude e stampa a iniezione diverse formulazioni di PEEK rinforzato con fibre di vetro e carbonio ad alta resistenza. I gradi includono il KetaSpire KT820 GF30 di Solvay, rinforzato al 30% con fibre di vetro e il KetaSpire KT 820CF30, rinforzato al 30% con fibre di carbonio, e il PEEK 450 CA30 di Victrex, rinforzato al 30% con fibre di carbonio.
Resistenza all'usura
Sebbene il PEEK abbia un’elevata resistenza all’usura intrinseca, sono disponibili gradi di PEEK migliorati per i cuscinetti e l’usura per le applicazioni esposte a livelli severi di carico dinamico e velocità. Un vantaggio importante per i macchinari e le attrezzature di produzione è che le parti mobili realizzate con questi gradi spesso non necessitano di lubrificazione esterna. In questo modo è possibile eliminare la contaminazione da parte dei lubrificanti, un vantaggio significativo per le attività di produzione alimentare, farmaceutica e simili. Grazie alla loro maggiore durata, i componenti realizzati con gradi di PEEK resistenti all’usura possono anche ridurre i costi di manutenzione e allungare i tempi di produzione tra una manutenzione programmata e l’altra per la sostituzione dei componenti.
Tra gli esempi di gradi di PEEK potenziati per i cuscinetti e l’usura che la Drake Plastics converte in forme e parti in stock ci sono il Victrex 450 FC30 “10-10-10”, che incorpora PTFE, grafite e fibra di carbonio, e il Victrex 450 FE20 PEEK contenente il 20% di polvere di PTFE dispersa. Entrambi i gradi sono conformi alla FDA. I gradi strutturali rinforzati con fibra di carbonio Victrex 450 CA30 e KetaSpire KT820 CF30 sono ottimali in alcune applicazioni di cuscinetti, in particolare quelle che richiedono una maggiore rigidità e resistenza. I requisiti chiave per ottenere i massimi livelli di prestazioni includono una superficie di usura sufficientemente dura e liscia in un assemblaggio e condizioni operative in cui la dissipazione del calore sia adeguata.
Resistenza chimica e all'idrolisi
La resistenza chimica è una delle caratteristiche più importanti del PEEK. L’esclusivo rapporto 2:1 tra etere (E) e chetone (K) di questa termoplastica ad alte prestazioni conferisce una resistenza chimica superiore rispetto ad altri polieterchetoni come PEK, PAEK e PEKEKK. La sua capacità di resistere all’esposizione a lungo termine a un’ampia gamma di sostanze chimiche ha portato a molte applicazioni in cui ha sostituito i metalli per una maggiore durata in ambienti aggressivi, come ad esempio le apparecchiature di profondità nell’industria petrolifera e del gas.
Il PEEK resiste anche all’esposizione prolungata ad acqua calda, vapore e radiazioni. Le applicazioni nella lavorazione degli alimenti e nella produzione farmaceutica sfruttano questo vantaggio con il PEEK per cuscinetti conforme alla FDA per i componenti che richiedono un’accurata pulizia e sanificazione tra un prodotto e l’altro.
Purezza
L’industria di produzione dei semiconduttori ha specificato diversi gradi di PEEK per gli utensili e le attrezzature grazie alla sua purezza intrinseca. Questo attributo riduce al minimo la contaminazione ionica durante i processi a umido che prevedono l’utilizzo di vari prodotti chimici ad alte temperature.
Classi di infiammabilità
Le sue caratteristiche di infiammabilità rendono il PEEK una scelta frequente anche per i componenti elettrici e aeronautici. Il PEEK non rinforzato ha una classificazione UL94 V-0 a 0,060″ e i gradi rinforzati con fibre hanno una classificazione UL94 V-0 a 0,020″ di spessore. Il PEEK soddisfa anche gli standard FAA di generazione di fiamme e fumo per i componenti strutturali ed elettrici degli aerei.
Applicazioni tipiche del PEEK
Le applicazioni per la gamma di formulazioni di PEEK sono tipicamente caratterizzate dalla necessità di resistenza chimica e all’idrolisi della termoplastica ad alte prestazioni, dall’elevata resistenza fino ai limiti di temperatura, dalla purezza ionica e dalla resistenza all’usura.
L’industria petrolifera e del gas ha riconosciuto i vantaggi del PEEK per i componenti utilizzati nelle apparecchiature di perforazione, dove il PEEK è specificato per guarnizioni, sedi di valvole, isolanti e connettori elettrici. Le applicazioni per le apparecchiature di produzione industriale includono i componenti dei macchinari per cuscinetti e usura e le punte degli utensili per la saldatura al plasma. L’inerzia chimica e le basse impurità ioniche sono alla base della scelta del PEEK per gli strumenti e le attrezzature nei processi chimici di produzione dei semiconduttori. La bassa generazione di fumi, la forza strutturale e la resistenza termica sono tra i vantaggi del PEEK per i componenti degli aerei. I gradi di PEEK conformi alla FDA per cuscinetti e usura e non modificati servono anche per una serie di applicazioni a contatto con gli alimenti nelle apparecchiature di lavorazione e confezionamento.
Le possibilità di applicazione del PEEK continuano ad espandersi con lo sviluppo di nuove classi di termoplastici ad altissime prestazioni. Il PEEK XT per alte temperature, ad esempio, serve per applicazioni che non sono state in grado di soddisfare le capacità termiche dei gradi di PEEK tradizionali. Inoltre, Solvay e Victrex hanno ampliato gli usi del PEEK con i loro sviluppi di gradi biocompatibili.
PEEK per alte temperature
Il PEEK per alte temperature, sviluppato da Solvay e denominato KetaSpire® PEEK XT, estende le proprietà termiche e meccaniche e quindi il campo di applicazione di questa eccezionale termoplastica ad alte prestazioni. Il materiale è un vero PEEK. Ha lo stesso rapporto 2:1 tra etere (E) e chetone (K) che conferisce al polimero una resistenza chimica intrinsecamente superiore rispetto ad altri polieterchetoni resistenti alle alte temperature.
Le resine KetaSpire PEEK XT per alte temperature disponibili per lo stampaggio a iniezione e l’estrusione includono un grado non rinforzato e formulazioni rinforzate al 30% con fibre di vetro e carbonio.
Per quanto riguarda le prestazioni termiche, la temperatura di transizione vetrosa del PEEK XT, pari a 338°F (170° C), è superiore di 20°F (36°F) rispetto al tradizionale PEEK non rinforzato. Anche la sua temperatura di fusione è più alta di 45°C (81°F). Il PEEK XT per alte temperature mantiene la sua maggiore resistenza meccanica e le sue eccellenti proprietà elettriche anche a temperature che vanno oltre le capacità dei gradi di PEEK tradizionali. Solvay riferisce che il PEEK XT dimostra un modulo di trazione superiore del 400% e una resistenza alla trazione superiore di quasi il 50% a 320°F (160°C) rispetto al PEEK tradizionale. Inoltre, offre un notevole aumento della rigidità dielettrica e della resistività volumetrica per le applicazioni elettriche esposte a temperature estreme.
Le applicazioni dei diversi gradi di PEEK XT ad altissime prestazioni sfruttano la loro maggiore resistenza a temperature più elevate, l’isolamento elettrico e le proprietà ablative rispetto al PEEK tradizionale.
Le capacità di Drake nel settore del PEEK XT per alte temperature comprendono pezzi stampati a iniezione e forme a stock per la lavorazione, oltre a pezzi di precisione lavorati a CNC. Tutti si basano sul KetaSpire XT-920 NT non rinforzato, sul KetaSpire XT-920 CF30 rinforzato con il 30% di fibra di carbonio e sul KetaSpire XT-920 GF30 rinforzato con il 30% di vetro.
Gradi di PEEK medicale e biocompatibile
Il PEEK offre diversi vantaggi rispetto ai metalli e ad altri materiali per le applicazioni mediche e di life science. La resistenza intrinseca del materiale agli agenti chimici, alle radiazioni gamma e al vapore ad alta pressione aggiunge una lunga durata agli strumenti e ai dispositivi che richiedono frequenti cicli di autoclave e sterilizzazione. La leggerezza è un vantaggio per gli strumenti chirurgici e dentali. La capacità di stampare a iniezione il PEEK permette anche di ottenere una riproducibilità economica e precisa di strumenti e dispositivi nella produzione di alti volumi. Sono disponibili diversi gradi di PEEK con i requisiti di conformità e certificazione per queste e altre applicazioni del settore medicale.
Anche i gradi impiantabili in PEEK sono stati ampiamente accettati in campo medico. Offrono un’elevata resistenza e una radiotrasparenza, un vantaggio per visualizzare i dispositivi impiantati con vari metodi di imaging medico.
Victrex ha sviluppato una famiglia di gradi biocompatibili con la denominazione PEEK-Optima™ che sono stati accettati per componenti e dispositivi per impianti umani a breve e permanente termine. Questi gradi sono gestiti in modo rigoroso da invibio® Biomaterials Solutions, una società della Victrex, e portano la designazione commerciale PEEK-Optima™.
Solvay offre anche un portafoglio di gradi di PEEK biocompatibili per applicazioni impiantabili e non. Questi materiali portano il marchio Zeniva® PEEK e sono disponibili in condizioni rigidamente gestite per le aziende qualificate dell’industria medica.
Sviluppo del prodotto e lavorazione di prodotti avanzati in PEEK di Drake
Anche lo sviluppo di processi e prodotti in nuovi materiali, come il PEEK XT per alte temperature, è uno dei principali obiettivi di Drake. I nostri investimenti in questo settore consentono a ingegneri e progettisti di accedere a nuovi materiali termoplastici ad alte prestazioni in un’ampia gamma di formati e configurazioni per i pezzi lavorati. Le capacità di stampaggio a iniezione di Drake sono disponibili anche per passare senza problemi da pezzi lavorati a pezzi stampati quando i volumi giustificano l’investimento in attrezzature.
I nostri rigidi sistemi di controllo della qualità e le nostre certificazioni hanno posizionato Drake come partner capace e fidato per l’estrusione, la lavorazione e lo stampaggio di componenti per i clienti dell’industria medica e delle scienze biologiche che ci forniscono le forme e le resine Zeniva® PEEK impiantabili di Solvay.