Cuando se elige el material compuesto PEEK adecuado, siempre se tiene problemas y no se sabe qué material elegir. Hoy compararemos el PEEK sin relleno y el PEEK de fibra de carbono para mejorar su conocimiento sobre los materiales PEEK.
El PEEK sin relleno es un polímero termoplástico de alto rendimiento de resina pura 100% sin rellenos ni refuerzos. Es de color beige o natural a temperatura ambiente y se puede utilizar para fabricar diversos perfiles semiacabados, como láminas de PEEK, varillas de PEEK, tubos de PEEK, etc. Tiene la mayor elongación y tenacidad, excelentes propiedades mecánicas y químicas y es adecuado para aplicaciones que requieren estabilidad química y cumplimiento de la FDA. Se puede utilizar de forma continua en entornos de alta temperatura de 250 °C.
El PEEK con relleno de carbono se denomina CF PEEK. Se añaden diferentes proporciones de fibra de carbono, como 10%-30%, al PEEK sin relleno para que tenga un mejor rendimiento. Por supuesto, el rendimiento será diferente si se añaden diferentes proporciones.
Generalmente usamos fibra de carbono 30% como referencia. El color del PEEK con relleno de carbono suele ser negro. En comparación con el PEEK sin relleno, el PEEK con fibra de carbono mejora significativamente la resistencia a la compresión, la rigidez y la resistencia al desgaste, reduce el coeficiente de expansión térmica y aumenta la conductividad térmica. Es muy adecuado para aplicaciones que requieren alta resistencia y alta resistencia al desgaste. Y accesorios de alta estabilidad térmica.
| Propiedad | PEEK sin llenar | PEEK relleno de carbono | Resultados |
| Densidad | 1,31 g/cm³ | 1,41 g/cm³ | / |
| Resistencia a la tracción | 16.000 psi (110 MPa) | 19.000 psi (131 MPa) | PEEK relleno de carbono |
| Módulo de tracción | 500.000 psi (3.448 MPa) | 1.100.000 psi (7.586 MPa) | PEEK relleno de carbono |
| Fuerza flexible | 25.000 psi (172 MPa) | 25.750 psi (177 MPa) | PEEK relleno de carbono |
| Módulo de flexión | 600.000 psi (4.137 MPa) | 1.250.000 psi (8.620 MPa) | PEEK relleno de carbono |
| Fuerza compresiva | 20.000 psi (138 MPa) | 29.000 psi (200 MPa) | PEEK relleno de carbono |
| Temperatura de deflexión térmica | 162 °C | 291 °C | PEEK relleno de carbono |
| Absorción de agua | 0.001 | 0.0006 | PEEK relleno de carbono |
| Coeficiente de expansión termal | 2,6 x 10^-5 pulgadas/pulgadas/°F | 1,0 x 10^-5 pulg./pulg./°F | PEEK relleno de carbono |
| Resistencia al desgaste | Moderado | Excelente | PEEK relleno de carbono |
| Conductividad eléctrica | Aislante | Conductivo | PEEK relleno de carbono |
| Resistencia química | Excelente; resistente a la mayoría de productos químicos y disolventes. | Excelente; resistencia similar con durabilidad mejorada | PEEK relleno de carbono |
| Aislamiento electrico | Excelente; alta rigidez dieléctrica | Moderada; conductividad mejorada debido al contenido de carbono | PEEK relleno de carbono |
| Conductividad térmica | Bajo (~0,25 W/m·K) | Alto (~3,5 veces el del PEEK sin relleno) | PEEK sin llenar |
| Alargamiento de rotura | 0.2 | 0.05 | PEEK relleno de carbono |
| Propiedades termales | Temperatura máxima de servicio: 480 °F (250 °C) | Temperatura máxima de servicio: 600 °F (316 °C) | PEEK relleno de carbono |
| Dureza | Rockwell M100 | Rockwell M102 | PEEK relleno de carbono |
| Retardancia de llama | UL 94 V-0 | UL 94 V-0 | MISMO |
| Coeficiente de fricción | ~0.25 | Menor debido al carbono; ~0,05 en condiciones lubricadas | PEEK relleno de carbono |
| Resistividad | Alta resistividad | Menor resistividad debido al contenido de carbono | PEEK relleno de carbono |
Se ha comprobado que la resistencia a la tracción y a la compresión del PEEK con relleno de carbono es mayor que la del PEEK sin relleno debido a la resistencia que imparten las fibras de carbono. Esto hace que el PEEK con relleno de carbono sea ideal para su uso en aplicaciones en las que se espera una carga elevada.
El módulo de tracción y el módulo fusionado de la fibra de carbono PEEK30 son mucho más altos que los del PEEK sin relleno, lo que demuestra la rigidez mejorada del PEEK30 reforzado con fibra de carbono frente a la deformación bajo tensión.
La fibra de carbono PEEK30 tiene una HDT significativamente mayor, por lo que es mejor para aplicaciones de alta temperatura donde la resistencia del componente juega un papel vital.
Esta característica aporta resistencia al desgaste en la fibra de carbono PEEK30 lo cual es útil donde hay mecanismos que se deslizan o giran.
Los dos materiales analizados demuestran una alta resistencia química; sin embargo, una absorción de agua ligeramente menor en la fibra de carbono PEEK30 puede ser una ventaja en condiciones de humedad.
El material PEEK sin relleno exhibe un coeficiente de expansión térmica más bajo que el de la fibra de carbono PEEK30, por lo que puede proporcionar estabilidad dimensional en los cambios de temperatura.
| Área de aplicación | PEEK sin llenar | Fibra de carbono PEEK |
| Médico | Se utiliza en implantes y herramientas quirúrgicas. | Adecuado para implantes de alta resistencia. |
| Ejemplos: dispositivos de fijación espinal, implantes dentales | Implantes de reemplazo de articulaciones | |
| Aeroespacial | Se utiliza en componentes electrónicos y aislamiento térmico. | Ideal para piezas estructurales ligeras y de alta resistencia. |
| Conectores eléctricos en aeronaves | Soportes de ala | |
| Automotor | Se utiliza en sellos, válvulas y bombas. | Adecuado para componentes sometidos a altas cargas, como engranajes. |
| Sellos de la bomba de combustible | Rodamientos de alto rendimiento en coches de competición | |
| Procesamiento de alimentos | Cumple con la FDA para aplicaciones en contacto con alimentos | Se utiliza en equipos de procesamiento de alimentos de alta carga. |
| Ejemplos: Boquillas de llenado, paletas mezcladoras. | Componentes de válvulas en el procesamiento de alimentos a alta temperatura | |
| Semiconductores y electrónica | Se utiliza en herramientas de procesamiento de obleas. | Se utiliza en componentes electrónicos de alto rendimiento. |
| Herramientas para pulido químico mecánico | Conectores y disipadores de calor | |
| Petróleo y gas | Se utiliza en sellos y conectores eléctricos. | Adecuado para componentes críticos en entornos hostiles. |
| Materiales de aislamiento eléctrico en pozos | Componentes de válvulas de alta presión |
Tabla comparativa que analiza las dificultades que surgen al utilizar PEEK sin relleno y PEEK con relleno de carbono, especialmente donde las propiedades del PEEK con fibra de carbono son superiores a las del PEEK convencional.
| Aspecto | PEEK sin llenar | Vista previa de CF |
| Proceso de mecanizado | Más fácil de mecanizar con herramientas convencionales. | Requiere herramientas especializadas (por ejemplo, herramientas de diamante) para el mecanizado de precisión debido a la mayor dureza. |
| Requisitos de refrigeración | Se pueden utilizar métodos de enfriamiento estándar (refrigerantes líquidos) | Se prefiere el aire presurizado para evitar la contaminación y mantener la biocompatibilidad. |
| Temperatura de procesamiento | Temperatura de fusión: 350°C a 400°C | Temperatura de fusión similar, pero requiere un control cuidadoso para evitar la degradación. |
| Elongación y tenacidad | Un mayor alargamiento permite un manejo más fácil. | Menor elongación; más propenso a agrietarse si no se maneja con cuidado durante el mecanizado. |
| Necesidades de recocido | Puede requerir recocido para aliviar tensiones internas. | Más crítico para el recocido debido a la susceptibilidad a las grietas por tensión y la deformación. |
| Desgaste de la herramienta | Las herramientas de corte estándar son suficientes | Mayor desgaste de la herramienta debido a la naturaleza abrasiva; puede requerir cambios de herramienta más frecuentes |
| Moldeo por inyección | Las propiedades de alto flujo facilitan un moldeado más fácil. | Propiedades de flujo deficientes; requiere presiones de inyección más altas y tiempos de enfriamiento más prolongados |
| Tasa de contracción | Contracción moderada | Menor contracción, pero un alto contenido de relleno puede provocar deformaciones si no se gestiona adecuadamente |
| Acabado de la superficie | Se puede conseguir un buen acabado superficial | Conseguir un acabado superficial de alta calidad es más complicado debido a la rigidez del material. |
Los dos subtipos de PEEK son el PEEK reforzado con fibra de carbono y el PEEK sin relleno, que pertenecen a la categoría de polímeros termoplásticos de alto rendimiento. Aunque tienen muchas características en común, son diferentes en algunos aspectos y tienen propiedades que los hacen ideales para usos particulares.
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