Il PEEK (polietere etere chetone) è un tecnopolimero avanzato con numerose proprietà benefiche. Questi includono elasticità alle alte temperature, resistenza all'abrasione, biocompatibilità, resistenza al vuoto ultraelevato, eccellente resistenza chimica e idoneità per Lavorazione CNC. Il PEEK è un materiale termoplastico semicristallino che può funzionare continuamente a temperature fino a 260°C ed è altamente resistente agli agenti chimici. Va notato, tuttavia, che alcuni acidi come l'acido solforico dissolveranno il materiale. La lavorazione CNC PEEK è un metodo comune per la produzione di parti utilizzate in ambienti estremi che richiedono resistenza meccanica, stabilità chimica e/o resistenza alle alte temperature. Le applicazioni includono componenti per l'industria medica, aerospaziale e automobilistica.
Scoperto per la prima volta nel 1978, Il PEEK è incredibilmente resistente al calore, all'abrasione e alla fatica. Il PEEK è anche resistente al creep, il che significa che mantiene la sua forma in ambienti difficili e temperature elevate, nonché sotto stress meccanico. Il PEEK non è solo resistente, ma anche leggero e facile da produrre. Poiché il PEEK è fisicamente leggero ma altamente resistente alle sostanze corrosive, è ideale per molti metodi di produzione. Il PEEK può essere lavorato mediante stampaggio a iniezione o produzione additiva per realizzare parti personalizzate e il suo elevato punto di fusione (343°C) consente alimentazioni e velocità più elevate. Il PEEK può anche essere lavorato a CNC per realizzare parti. Tra i vari metodi di produzione, la lavorazione CNC del PEEK è ripetibile e accurata e può produrre parti con tolleranze strette.
Esistono due tipi di PEEK comuni: PEEK di grado industriale, PEEK di grado medico e PEEK rinforzato con fibra di vetro.
PEEK di grado industriale
Il PEEK di grado industriale è un materiale termoplastico robusto, ignifugo e resistente all'abrasione con elevata resistenza agli urti e basso coefficiente di attrito. È noto per mantenere le sue proprietà meccaniche anche a temperature elevate. Come suggerisce il nome, questo grado è più comunemente utilizzato nei settori aerospaziale, automobilistico, chimico, elettronico, petrolifero e alimentare e delle bevande.
- Resistenza alla trazione: 14,000 psi
- Modulo di trazione: 590,000 psi
- Assorbimento d'acqua: 0.50% nelle 24 ore
- Punto di fusione: di 343°C (quasi 650°F)
- Classe di infiammabilità UL 94 V-0: (spessore 0.059″)
PEEK di grado medico (TECAPEEK)
I PEEK conformi agli standard USP Classe VI, come TECAPEEK MT, sono varianti biocompatibili progettate specificamente per l'uso nella tecnologia medica. È caratterizzato da un'altissima resistenza chimica, resistenza a vari metodi di sterilizzazione e capacità di mantenere le sue proprietà meccaniche ad alte temperature. Il PEEK di grado medico viene generalmente utilizzato in applicazioni e dispositivi medici che richiedono un contatto limitato con la pelle e i tessuti. Il PEEK USP Classe VI resiste a molteplici cicli di sterilizzazione senza degradazione.
- Resistenza alla trazione, resa (MPa): 96.5-110
- Allungamento a rottura (%):30-50
- Durezza (Rockwell M): 94-99
- Temperatura di deflessione del calore (°C): 160
- Temperatura di transizione vetrosa (°C):150
PEEK rinforzato con fibra di vetro - PEEK GF30
GF30 PEEK è una variante del PEEK riempita di vetro al 30%. GF30 offre rigidità superiore e resistenza meccanica più elevata rispetto al PEEK non riempito per uso generale. Il PEEK rinforzato con vetro offre inoltre maggiore stabilità dimensionale e resistenza al creep. Questo materiale è ideale per parti soggette a carichi statici elevati a temperature elevate. A causa dell'effetto abrasivo delle fibre di vetro sulle superfici accoppiate, il PEEK GF30 è meno adatto per applicazioni portanti o abrasive.
- Resistenza alla trazione, resa (MPa): 101-157
- Allungamento a rottura (%):2.2-5
- Durezza (Rockwell M):103
- Temperatura di deflessione del calore (°C): 316
- Temperatura massima di servizio (°C): 260-300
Caratteristiche del PEEK
1. Eccellente resistenza chimica, resistenza elettrica e resistenza alla temperatura
Il materiale PEEK ha un'elevata resistenza chimica. Ha una resistenza alla corrosione simile all'acciaio al nichel e mantiene una struttura chimica intatta e non corrosiva anche a temperature elevate. In circostanze normali, solo l'acido solforico concentrato può dissolvere questa plastica.
Il PEEK ha elevate prestazioni elettriche ad alta temperatura e alta frequenza. Grazie alla sua struttura chimica stabile quando sottoposta ad attacco chimico, le parti in PEEK possono funzionare perfettamente anche sotto alte dosi di radiazioni ionizzanti.
Il PEEK ha anche un'elevata resistenza alle radiazioni gamma, in modo più significativo del polistirene (il materiale più resistente alle radiazioni nelle applicazioni di resina per uso generale). Questa caratteristica lo rende adatto a cavi ad alte prestazioni per garantire un buon isolamento.
Il materiale PEEK è molto resistente e ha un alto punto di fusione. Pertanto, funziona molto bene durante la lavorazione con picchi di temperatura elevati e non si deforma a temperature più elevate.
2. Alta velocità di elaborazione, prestazioni stabili anche ad alte temperature
Il materiale PEEK garantisce un'elevata lavorabilità durante la lavorazione CNC della plastica grazie alle sue buone proprietà di lavorazione. Sebbene sia un materiale termoplastico a temperatura ultraelevata, può essere lavorato con diversi metodi di lavorazione del materiale.
Questi metodi includono lo stampaggio a iniezione, lo stampaggio per estrusione, la filatura per fusione e simili. La lavorabilità ad alta temperatura e le elevate proprietà di decomposizione termica del PEEK garantiscono questa compatibilità. Inoltre questo materiale termoplastico è un materiale autoestinguente durante la combustione; produce poco o nessun gas e fumi tossici.
3. Eccellenti proprietà meccaniche, resistenza al creep, resistenza all'usura, resistenza all'attrito.
Il PEEK e altri materiali termoplastici ad alta temperatura hanno un'elevata resistenza agli urti e mantengono le loro dimensioni a temperature elevate. Ha un basso coefficiente di dilatazione lineare e una buona stabilità dimensionale. Il PEEK ha le più elevate proprietà di ritenzione della fatica e dello stress rispetto a tutte le altre materie plastiche. Inoltre, ha un'eccellente resistenza al creep (la capacità di una sostanza di deformarsi lentamente sotto stress prolungato). Questa caratteristica lo rende un materiale adatto a sopportare enormi sollecitazioni durante la lavorazione. Il PEEK ha un'eccellente resistenza all'usura e un basso coefficiente di attrito. Pertanto, mantiene un'elevata resistenza all'usura in varie condizioni di pressione fisica, rugosità superficiale, temperatura e velocità rispetto alla superficie di contatto.
4. Basso assorbimento d'acqua, resistenza alle radiazioni
L'uso del PEEK per realizzare parti di macchine o strumenti aiuta tali parti a mantenere la loro struttura chimica e le prestazioni nelle aree umide. La sua resistenza all'idrolisi anche a temperature elevate lo rende ideale per ambienti umidi, acqua calda pressurizzata o vapore.
Fattori da considerare nella lavorazione CNC di parti in PEEK
Il PEEK è un materiale molto adattabile, ma ci sono alcune considerazioni ingegneristiche da tenere a mente per garantire i migliori risultati.
N.1 Ricottura della plastica PEEK prima della lavorazione CNC
Ricottura: poiché il PEEK ha un allungamento inferiore rispetto ad altre plastiche, potrebbe rompersi se forato in profondità. Spesso è necessaria una gestione speciale per ridurre al minimo le fessurazioni termiche e altri danni da stress interno. Ciò richiede la ricottura della plastica PEEK prima della lavorazione. La plastica PEEK è generalmente disponibile in varie dimensioni come barre, fogli o pezzi grezzi stampati a iniezione. Ma prima di poter iniziare a lavorare queste parti, lo stress accumulato deve essere rimosso mediante ricottura. Si tratta di un processo di trattamento termico che prevede il riscaldamento della plastica a una temperatura predeterminata, il mantenimento per un certo periodo di tempo e quindi il raffreddamento a temperatura ambiente.
La ricottura aumenta la cristallinità delle parti in PEEK e riduce le tensioni interne, prevenendo la possibilità di crepe superficiali durante le operazioni di taglio CNC. Una cosa da notare però: se prevedi di lavorare pezzi in PEEK per lunghi periodi di tempo, potrebbe essere necessario eseguire un processo di ricottura aggiuntivo.
#2 Utilizzo di utensili in metallo duro e policristallino
Tutti i gradi di PEEK sono abrasivi per gli utensili da taglio ㅡ, il che significa che possono causare danni e usura all'utensile durante le operazioni di taglio CNC. Pertanto, consigliamo di utilizzare utensili in metallo duro per piccoli lotti dei comuni gradi PEEK. Tuttavia, per i gradi PEEK rinforzati con fibra di vetro e fibra di carbonio, è possibile prendere in considerazione attrezzature policristalline (PCD), soprattutto per cicli di produzione lunghi.
#3 Usa il liquido refrigerante giusto
Ad esempio, sebbene il PEEK sia molto resistente al calore, non dissipa bene il calore e deve essere raffreddato durante la lavorazione CNC per evitare rotture o deformazioni. Il refrigerante liquido standard (a base di petrolio) è ideale per il taglio di plastica PEEK di tipo industriale. Ma i liquidi refrigeranti standard possono influenzare la biocompatibilità del PEEK di grado medico, rendendolo inadatto alla realizzazione di componenti medici. Noi di AN-Prototype consigliamo di raffreddare la plastica PEEK di grado medico con aria compressa o acqua purificata.
#4 Utilizzare i parametri di lavorazione CNC corretti
Per lavorare pezzi in PEEK con macchine CNC senza sorprese, è necessario assicurarsi di utilizzare i parametri di lavorazione corretti durante le operazioni di foratura, fresatura e tornitura. AN-Prototype riassume le gamme ideali di velocità di taglio e velocità di avanzamento per la produzione di parti in PEEK.
# 5 Evita l'inquinamento
La contaminazione è un serio problema durante la lavorazione della plastica PEEK di grado medico perché può comprometterne la biocompatibilità. Pertanto, è necessario utilizzare guanti protettivi quando si maneggiano parti in PEEK. Inoltre, è necessario conservare le parti in PEEK di grado medico trattate in contenitori ermetici per prevenire la contaminazione.
Applicazioni delle parti in PEEK
I tre settori principali che utilizzano componenti in PEEK sono il settore industriale, il settore sanitario e l'industria alimentare e delle bevande.
Applicazione industriale
Il PEEK di grado industriale è essenzialmente puro e presenta un'elevata stabilità meccanica e chimica. Ciò riduce al minimo la contaminazione e massimizza la sicurezza per le applicazioni chimiche ed energetiche, nonché per i componenti per l'industria automobilistica, aerospaziale ed elettronica. Nelle ruote e nelle pompe industriali, il PEEK supera addirittura i metalli come l'acciaio inossidabile.
Applicazione medica
PEEK può realizzare componenti per il settore sanitario, come dispositivi ortopedici e dispositivi per la fusione spinale. Se prodotto utilizzando metodi biocompatibili, il PEEK può essere utilizzato anche in impianti dentali, protesi e altro ancora.
Applicazioni per alimenti e bevande
Il PEEK è stato recentemente approvato dalla Food and Drug Administration (FDA) statunitense come sicuro per il contatto umano se adeguatamente preparato. Ora, il PEEK si sta facendo strada nel settore alimentare e delle bevande per componenti quali pentole, distributori e ugelli di bevande e applicazioni di lavorazione.