Panoramica sulla polieterimmide (PEI)
La polieterimmide (PEI) è un membro della famiglia dei materiali poliimmidici ad alte prestazioni che comprende anche l’imide poliammidica (PAI). La struttura polimerica del PEI, un termoplastico amorfo, include legami eterei (E) alla struttura molecolare della poliimmide (PI). Questa modifica consente al PEI di essere lavorato per fusione mediante stampaggio a iniezione ed estrusione, una limitazione dei materiali poliimmidici tradizionali come il Vespel® PI.
Nella sua forma base, la polieterimmide è di colore ambrato trasparente. Le sue prestazioni sono caratterizzate da un elevato rapporto resistenza/peso con mantenimento della resistenza fino a 390°F (200°C), resistenza a lungo termine all’ossidazione termica, buone proprietà elettriche e resistenza intrinseca a sostanze chimiche e fiamme. Il PEI è riconosciuto anche per il suo mantenimento delle proprietà dopo un’esposizione prolungata al vapore e all’acqua calda, un vantaggio per le apparecchiature di lavorazione degli alimenti e per le applicazioni mediche che richiedono una pulizia o una sterilizzazione aggressiva.
La proliferazione di gradi di PEI dalla sua introduzione include diversi livelli di rinforzo in fibra di vetro che aumentano la resistenza strutturale della termoplastica ad alte prestazioni.
La Divisione Plastica di General Electric Company ha sviluppato e commercializzato la polieterimmide nel 1982 con il marchio Ultem™PEI. Il settore delle materie plastiche, con la sua vasta gamma di polimeri tra cui Ultem PEI, un materiale esclusivo di GE, è stato successivamente acquisito da SABIC Plastics.
Gradi di resina PEI, Fornitori
SABIC rimane l’unico produttore di resine Ultem PEI e rifornisce il mercato globale dagli stabilimenti negli Stati Uniti e in Spagna.
Dalla forma iniziale trasparente del materiale, la linea di prodotti Ultem PEI si è espansa rapidamente per soddisfare i requisiti di un elenco crescente di applicazioni in diversi settori. È stata aggiunta un’ampia gamma di colori standard e personalizzati per servire le applicazioni aeronautiche, mediche e alimentari. Le diverse forme di Ultem PEI includono pellet modellabili ed estrudibili e polveri di rivestimento per adattarsi ai metodi di produzione e alle applicazioni più comuni per questo materiale. Molti dei gradi pellettizzati per stampaggio ed estrusione contengono anche additivi per migliorare la lavorabilità.
Tra i gradi modificati per le prestazioni, le formulazioni rinforzate con vetro sono particolarmente diffuse per le applicazioni strutturali in ambienti severi, dove la resistenza intrinseca del PEI alle alte temperature, al vapore pressurizzato e a molti prodotti chimici aggressivi risulta vantaggiosa.
Forme in stock di PEI; Drake's Ultem 2300 PEI Seamless Tube
Diversi gradi non caricati e modificati di Ultem PEI sono facilmente reperibili nell’industria delle forme a stock come barre e lastre lavorabili. Drake’s offre anche questi prodotti su richiesta.
Uno dei tipi di PEI rinforzati con fibre ad altissime prestazioni più utilizzati è il PEI Ultem 2300 rinforzato con il 30% di vetro. È anche il principale materiale PEI di Drake Plastics, con prodotti disponibili sotto forma di Seamless Tube® e parti lavorate e stampate a iniezione. Altre forme e gradi di Ultem PEI sono disponibili su richiesta, in genere con minimi modesti.
Grazie a un’esclusiva configurazione lavorabile sviluppata da Drake’s, il tubo senza saldatura Ultem 2300 raggiunge un livello di prestazioni più elevato rispetto ai pezzi lavorati da tondino e Plate. La sua configurazione senza saldature elimina i problemi associati alle linee di saldatura comuni nei tubi termoplastici estrusi a parete pesante. Inoltre, offre un’economia convincente per i componenti le cui configurazioni si prestano alla lavorazione da tubo piuttosto che da barra.
Caratteristiche prestazionali di Ultem 2300 PEI
L’aggiunta del 30% di fibra di vetro fresata conferisce a Ultem 2300 PEI un aumento sostanziale della rigidità e della stabilità dimensionale alle temperature estreme rispetto ai gradi non caricati, pur mantenendo le prestazioni intrinseche del polimero.
Le proprietà termiche di Ultem 2300 PEI sotto carico gli valgono una posizione adeguata all’interno della famiglia relativamente ristretta dei materiali ad altissime prestazioni. Ha una temperatura di transizione vetrosa (Tg) di 419°F (215°C). Il 30% di rinforzo in fibra di vetro aumenta la temperatura di deformazione termica a 410°F (210°C), circa il 10% in più rispetto al tipo non rinforzato. Per quanto riguarda la stabilità dimensionale in caso di forti variazioni di temperatura, il suo coefficiente di espansione termica lineare (CLTE) di 1,1 E-5/°F(1,98 E-5/°C) rivaleggia con l’alluminio per aerei.
Resistenza e stabilità strutturale
I gradi non rinforzati di Ultem PEI offrono rigidità intrinseca e stabilità alle alte temperature sotto carico. L’aggiunta del 30% di rinforzo in fibra di vetro permette a Ultem 2300 di fare un importante passo avanti nel comportamento strutturale. Il suo modulo di flessione di 1.300.000 psi (8.960 MPa) è più di due volte e mezzo superiore a quello dell’Ultem PEI non rinforzato, e questo fa sì che il grado 2300 sia spesso indicato per applicazioni di manipolazione di sostanze chimiche che prevedono carichi fisici elevati in prossimità della sua temperatura di transizione vetrosa.
Stabilità idrolitica
Come tutti i gradi Ultem PEI, Ultem 2300 PEI resiste al degrado delle proprietà fisiche se sottoposto a vapore e all’esposizione all’acqua per periodi prolungati. Il suo basso assorbimento di umidità (0,90% in peso a saturazione) e la conseguente stabilità dimensionale lo rendono un buon candidato per i componenti delle pompe e i connettori elettrici che richiedono resistenza alle temperature e agli agenti chimici e un’elevata robustezza, oltre al mantenimento di dimensioni precise in condizioni di umidità.
Elevata rigidità dielettrica
Le proprietà elettriche intrinseche del polimero Ultem PEI si applicano anche all’Ultem 2300 rinforzato con vetro. Misurando 770 V/mil in olio e 630 V/mil in aria, la rigidità dielettrica di Ultem 2300 si traduce in frequenti specifiche per la termoplastica ad alte prestazioni nell’isolamento elettrico e nei componenti di isolamento. Le applicazioni tipiche includono connettori elettrici, alloggiamenti e corpi di dispositivi, bobine e morsettiere. La resina di base di Ultem PEI offre la più alta rigidità dielettrica di qualsiasi altra termoplastica disponibile sul mercato (indipendentemente dal fatto che si tratti di un polimero semicristallino o amorfo).
Resistenza alle crepe da stress ambientale
Ultem PEI supera molte altre termoplastiche amorfe in termini di resistenza chimica grazie alla sua struttura polimerica a base di poliimmide. La termoplastica ad alte prestazioni resiste all’esposizione della maggior parte dei fluidi per auto e aerei, agli idrocarburi alifatici, agli alcoli, agli acidi e alle soluzioni acquose deboli. A causa della variabilità delle concentrazioni chimiche, delle temperature e dei carichi fisici, tutte le applicazioni di Ultem PEI e di qualsiasi altro materiale devono essere testate in condizioni reali per determinare l’idoneità del materiale all’uso.
Infiammabilità e generazione di fumo
Ultem 2300 PEI, come la maggior parte dei gradi di PEI, presenta una resistenza alla fiamma intrinseca senza bisogno di additivi ignifughi. Ha un indice di limitazione dell’ossigeno (LOI) del 50% ed è classificato UL94 V-0 e 94 V5A in spessori specifici testati UL. Il PEI rinforzato con il 30% di vetro genera anche una bassa emissione di fumi, il che lo rende un candidato per alcuni componenti strutturali ed elettrici degli aerei.
Vantaggi in termini di prestazioni e costi: Ultem 2300 PEI Seamless Tube® di Drake's
Drake Plastics ha sviluppato la tecnologia di processo Seamless Tube® per superare i problemi di prestazioni associati all’integrità della linea di saldatura nei tubi estrusi a parete pesante. Questa configurazione unica della forma dello stock offre anche numerosi altri vantaggi sia in termini di prestazioni che di costi per i pezzi e i componenti lavorati.
Maggiore resistenza
Il tubo senza saldatura Ultem 2300 PEI di Drake’s presenta una resistenza al cerchio di gran lunga superiore rispetto alle configurazioni tubolari ricavate da barre. Test di rottura indipendenti dimostrano che il tubo senza saldatura offre una resistenza doppia alla rottura, un fattore importante per le parti soggette a pressioni e carichi interni o esterni elevati.
Poiché i tubi senza saldatura sono prodotti con un flusso uniforme in tutta la sezione trasversale, eliminano le linee di “saldatura” deboli e resistono a carichi radiali interni o esterni molto più elevati.
Stabilità dimensionale migliorata
Il tubo senza saldatura Ultem 2300 PEI di Drake’s ha un coefficiente di espansione termica lineare (CLTE) sia per il diametro esterno che per il diametro interno che corrisponde perfettamente ai valori di flusso della scheda tecnica della resina del fornitore. Questa coerenza è il risultato dell’esperienza di Drake Plastics nella produzione di tubi senza saldatura con un orientamento uniforme delle fibre lungo l’intera circonferenza.
Maggiore controllo della tolleranza nella lavorazione
I clienti di Drake’s che si occupano di lavorazioni meccaniche riferiscono di un migliore controllo delle tolleranze, in particolare per quanto riguarda la rotondità e la concentricità, con i tubi senza saldatura rispetto alle barre e alle lastre.
Quando i pezzi cilindrici vengono lavorati da un tondino, il loro diametro esterno può ridursi quando il materiale viene estratto per ottenere una configurazione circolare. Questo perché durante l’estrusione per fusione di una barra termoplastica, la massa di materiale al centro della barra si raffredda tipicamente a un ritmo lento, producendo un livello di stress interno diverso rispetto alla parte esterna che si raffredda più rapidamente. L’anima “lega” anche l’area esterna dell’asta. Quando viene lavorata, il differenziale di stress interno dell’anima rispetto al perimetro dell’asta può causare la distorsione del pezzo lavorato, che assume una forma ovale.
Il tubo senza saldatura in PEI Ultem 2300 di Drake’s elimina il materiale d’anima e dimostra un comportamento costante su tutta la sezione trasversale quando viene lavorato.
Riduzione della perdita di materiale e dei tempi di lavorazione
Con il tubo senza saldatura Ultem 2300 PEI, la foratura viene eliminata e le dimensioni e la tolleranza dell’ID possono essere lavorate in modo rapido e preciso. In questo modo si riduce notevolmente la perdita di materiale associata alla lavorazione di configurazioni circolari tramite l’asportazione del tondino. Inoltre, riduce le ore di foratura e l’usura degli utensili, due fattori che possono essere significativi con i materiali abrasivi fibrorinforzati come Ultem 2300 PEI.
Combinazioni OD/ID con tempi di consegna rapidi
Il tubo senza saldatura Ultem 2300 PEI serve a molte operazioni di manutenzione e riparazione nel settore petrolifero e del gas e in altri settori in cui la rapidità di esecuzione è fondamentale per mantenere le operazioni. Drake’s produce un’ampia gamma di combinazioni OD/ID dei tubi senza saldatura Ultem 2300 PEI per una rapida consegna. La gamma di dimensioni consente inoltre di ottimizzare i materiali e la lavorazione, vantaggi che si allineano perfettamente con la filosofia di produzione snella di Drake.
Applicazioni tipiche del tubo senza saldatura Ultem 2300 PEI
- Componenti strutturali, anelli, guarnizioni nelle attrezzature per il petrolio e il gas e per il trattamento chimico.
- Isolatori termici; isolatori e isolanti elettrici.
- Componenti strutturali per aerei, connettori elettrici, alloggiamenti per componenti e luci.
- Blocchi di connettori elettrici, corpi e bobine.
Gradi medici PEI
Sono disponibili gradi medici del polimero PEI che sono stati pre-valutati per la biocompatibilità secondo la norma ISO 10993. Questi gradi offrono ai produttori di dispositivi medici diverse opzioni in termini di lavorabilità, prestazioni e biocompatibilità per applicazioni che vengono stampate a iniezione o lavorate con precisione. Tutti i Grades sono disponibili in colori naturali e sanitari.
Ultem HU 1000
Ultem HU 1000 è una qualità medica di PEI sviluppata per dispositivi e componenti che sono a contatto con fluidi e tessuti corporei fino a 24 ore. Le applicazioni tipiche sono gli strumenti chirurgici che vengono utilizzati ripetutamente e le maniglie degli strumenti che vengono sottoposti a più cicli di sterilizzazione.
Ultem HU-1000 è disponibile in forme lavorabili a stock e in forma pellettizzata per lo stampaggio a iniezione o l’estrusione.
Ultem HU-1010
Ultem HU-1010 è una versione a bassa viscosità di fusione di Ultem HU 1000. Il suo flusso di fusione più elevato è preferibile per lo stampaggio a iniezione di parti di precisione complesse o con sezioni di parete molto sottili. I Grades HU 1000 e HU 1010 hanno proprietà comparabili e soddisfano gli standard di biocompatibilità per i dispositivi che sono a contatto con i tessuti e i fluidi corporei per 24 ore o meno.
Ultem HU 1004 PEI
Ultem HU 1004 PEI è conforme al protocollo di biocompatibilità ISO 10993 per applicazioni a contatto con tessuti e fluidi corporei interni fino a 29 giorni. È prodotto con una miscela brevettata di PEI e un altro polimero che conferisce una maggiore resistenza agli urti rispetto al PEI Ultem HU 1000. Inoltre, mantiene un elevato grado di proprietà meccaniche del polimero PEI. Tra le applicazioni candidate ci sono i componenti per la dialisi e i dispositivi di drenaggio post-operatorio che rimangono nel corpo per periodi prolungati, fino a 4 settimane.
Le forme a stock di Ultem HU 1040 sono disponibili per la lavorazione di precisione. La forma pellettizzata della resina è disponibile anche per la lavorazione in fusione tramite estrusione o stampaggio a iniezione.
Ultem HU 2300
Ultem HU 2300 è un PEI medicale rinforzato con il 30% di vetro, conforme agli standard ISO 10993 e USP Classe VI. Il suo contenuto di fibre di vetro garantisce una resistenza strutturale eccezionalmente elevata per i dispositivi che prevedono un contatto di breve durata (fino a 24 ore) con i tessuti e i fluidi corporei interni. Va notato che la lavorazione di forme in stock realizzate con questi tipi di plastiche rinforzate può esporre le fibre di vetro interne. Di conseguenza, le parti di dispositivi medici in Ultem HU 2300 sono in genere realizzate mediante stampaggio a iniezione, dove le corrette condizioni di processo possono conferire una superficie ricca di resina.
Resistenza alla sterilizzazione
I gradi PEI per uso medico sono compatibili con i metodi di sterilizzazione comunemente utilizzati nelle strutture sanitarie e presentano una degradazione minima delle proprietà e una deriva del colore dopo numerosi cicli. Il grado Ultem HU 1004 si distingue in particolare per il mantenimento della duttilità e la minima deriva del colore dopo 300 cicli nei sistemi STERRAD NX, 100NX e AMSCO V-PRO.