PEEK propiedades
El polieteretercetona (PEEK) es un termoplástico semicristalino de altas prestaciones perteneciente a la familia de las poliariletercetonas (PAEK). Su excepcional combinación de resistencia mecánica, estabilidad térmica y resistencia química lo posiciona como material de elección en sectores tan exigentes como el aeroespacial, médico, oil & gas y la fabricación de semiconductores. Con una densidad de aproximadamente 1,32 g/cm³ y una resistencia a la tracción que puede superar los 100 MPa, el PEEK mantiene sus propiedades a temperaturas elevadas donde otros polímeros han fallado. Su rigidez dieléctrica, baja liberación de gases y biocompatibilidad amplían aún más sus horizontes de aplicación.
Composición química
Sección titulada «Composición química»El PEEK se sintetiza mediante polimerización por crecimiento en etapas a partir de 4,4’-difluorobenzofenona y la sal disódica de hidroquinona, en un disolvente polar aprótico como la difenilsulfona a aproximadamente 300 °C. Su estructura molecular está constituida por unidades repetitivas de éter-éter-cetona, con la fórmula química (C₁₉H₁₂O₃)ₙ y una masa molar de 288,3 g/mol por unidad repetitiva.
| Componente | Fórmula estructural |
|---|---|
| Unidad repetitiva | -O-(C₆H₄)-O-(C₆H₄)-C(O)-(C₆H₄)- |
| Fórmula molecular | (C₁₉H₁₂O₃)ₙ |
| Masa molar (por unidad) | 288,3 g/mol |
Propiedades mecánicas
Sección titulada «Propiedades mecánicas»Las propiedades mecánicas del PEEK varían significativamente en función del grado (no reforzado, reforzado con fibra de vidrio o carbono) y las condiciones de procesado, que determinan el grado de cristalinidad. A 23 °C, un grado no reforzado típico presenta un alargamiento a la rotura de hasta el 50%.
| Propiedad | Valor (Métrico / Imperial) |
|---|---|
| Resistencia a la tracción | 70,3 - 103 MPa / 10,2 - 14,9 ksi |
| Módulo de Young (Tracción) | 3,6 - 3,95 GPa / 0,522 - 0,573 x 10⁶ psi |
| Alargamiento a la rotura | 30 - 50 % |
| Resistencia a la compresión | 118 - 130 MPa / 17,1 - 18,9 ksi |
| Resistencia a la flexión (Módulo de rotura) | 105 - 116 MPa / 15,2 - 16,8 ksi |
| Módulo de cizalladura | 1,36 - 1,43 GPa / 0,197 - 0,207 x 10⁶ psi |
| Dureza (Indentación) | 261 - 285 MPa / 37,9 - 41,3 ksi |
| Tenacidad a la fractura | 2,73 - 4,30 MPa·m¹/² / 2,49 - 3,91 ksi·in¹/² |
| Resistencia a la fatiga (Límite de enduración) | 28,1 - 41,2 MPa / 4,1 - 6,0 ksi |
| Coeficiente de Poisson | 0,38 - 0,39 |
| Resiliencia (Impacto Charpy sin entalla) | 55 kJ/m² / 26,2 ft·lb/in² |
| Módulo volumétrico | 5,48 - 5,75 GPa / 0,794 - 0,834 x 10⁶ psi |
Propiedades físicas
Sección titulada «Propiedades físicas»La densidad del PEEK a 23 °C se sitúa en el rango de 1,30 a 1,32 Mg/m³ (81,2 a 82,4 lb/ft³), lo que lo convierte en un material significativamente más ligero que la mayoría de los metales de ingeniería. Presenta una absorción de agua muy baja, alcanzando típicamente un 0,1 % en peso durante una inmersión de 24 horas.
| Propiedad | Valor (Métrico / Imperial) |
|---|---|
| Densidad | 1,30 - 1,32 Mg/m³ / 81,2 - 82,4 lb/ft³ |
| Absorción de agua (24 h) | 0,1 % |
| Coeficiente de pérdida (Amortiguamiento) | 0,0101 - 0,0106 |
| Resistencia a la abrasión (Factor 1-5) | 3 (Bueno) |
| Color natural | Beige |
Propiedades térmicas
Sección titulada «Propiedades térmicas»El PEEK exhibe una temperatura de fusión cristalina de aproximadamente 322 a 346 °C (611 a 655 °F), mientras que su temperatura de transición vítrea ronda los 143 a 199 °C (269 a 390 °F). Su temperatura máxima de servicio continuo puede alcanzar los 260 °C (500 °F), manteniendo una excelente resistencia a la degradación térmica.
| Propiedad | Valor (Métrico / Imperial) |
|---|---|
| Temperatura de transición vítrea (Tg) | 416 - 472 K / 143 - 199 °C / 289 - 390 °F |
| Temperatura de fusión (Tm) | 595 - 619 K / 322 - 346 °C / 611 - 655 °F |
| Temp. máxima de servicio | 512 - 533 K / 239 - 260 °C / 462 - 500 °F |
| Temp. mínima de servicio | 150 - 200 K / -123 a -73 °C / -190 a -100 °F |
| Conductividad térmica | 0,24 - 0,26 W/m·K / 0,45 - 0,49 BTU·ft/h·ft²·°F |
| Calor específico | 1443 - 1501 J/kg·K / 1,12 - 1,16 BTU/lb·°F |
| Coeficiente de expansión térmica | 72 - 194 x 10⁻⁶ /K / 130 - 350 x 10⁻⁶ /°F |
Propiedades eléctricas
Sección titulada «Propiedades eléctricas»Como aislante eléctrico de altas prestaciones, el PEEK posee una rigidez dieléctrica muy alta de 16,7 a 20,0 MV/m (423 a 508 V/mil) y una resistividad volumétrica extraordinariamente elevada, típicamente superior a 10²¹·10⁻⁸ Ω·m.
| Propiedad | Valor (Métrico / Imperial) |
|---|---|
| Rigidez dieléctrica | 16,7 - 20,0 MV/m / 423 - 508 V/mil |
| Constante dieléctrica | 3,1 - 3,3 |
| Resistividad volumétrica | 3,3 x 10¹³ a 3 x 10¹⁴ Ω·m |
Aplicaciones por industria
Sección titulada «Aplicaciones por industria»La versatilidad del PEEK permite su procesado mediante inyección, extrusión y mecanizado, abarcando aplicaciones que van desde el espacio profundo hasta el interior del cuerpo humano.
| Industria | Aplicaciones características |
|---|---|
| Aeroespacial | Soportes estructurales, abrazaderas, componentes de motor y aisladores eléctricos que reemplazan al aluminio para reducir peso. |
| Médico / Sanitario | Implantes espinales (jaulas intersomáticas), tornillos de osteosíntesis, prótesis dentales y fijadores externos por su radiolucidez y biocompatibilidad. |
| Oil & Gas | Sellos, coples, asientos de válvula y soportes de tubería que operan en entornos con alta presión, temperatura y exposición a químicos agresivos. |
| Semiconductores | Anillos de fijación, portadores de obleas y conectores que requieren baja liberación de gases, alta pureza y resistencia a químicos de proceso. |
| Automoción | Cojinetes, engranajes, componentes de bombas de aceite y piezas bajo capó expuestas a zonas de alta temperatura y fricción. |
| Procesamiento químico | Cuerpos de bombas, válvulas y componentes de cromatografía líquida de alta resolución (HPLC). |
Comparativa con materiales similares
Sección titulada «Comparativa con materiales similares»El PEEK compite directamente con otros termoplásticos de altas prestaciones como PEI (polieterimida), PPS (sulfuro de polifenileno) y PAI (poliamida-imida). Su punto fuerte reside en la capacidad de operar de forma continua a temperaturas superiores a 240 °C manteniendo la integridad mecánica.
| Propiedad | PEEK (No reforzado) | PEI (Ultem 1000) | PPS (Ryton R-7) | PAI (Torlon 4203L) |
|---|---|---|---|---|
| Resistencia a la tracción | 100 MPa / 14,5 ksi | 105 MPa / 15,2 ksi | 86 MPa / 12,5 ksi | 152 MPa / 22,0 ksi |
| Temp. transición vítrea | 143 °C / 289 °F | 217 °C / 423 °F | 85 °C / 185 °F | 275 °C / 527 °F |
| Temp. máx. de servicio | 260 °C / 500 °F | 170 °C / 338 °F | 220 °C / 428 °F | 260 °C / 500 °F |
| Resistencia al desgaste | Excelente | Buena | Buena | Excelente |
| Coste relativo (indicativo) | Alto | Medio | Medio | Muy alto |
Preguntas frecuentes (FAQ)
Sección titulada «Preguntas frecuentes (FAQ)»¿Cuál es la temperatura máxima de servicio del PEEK?
Sección titulada «¿Cuál es la temperatura máxima de servicio del PEEK?»El PEEK puede soportar una temperatura de servicio continuo de hasta 260 °C / 500 °F, con picos de corta duración por encima de 300 °C / 572 °F sin pérdida significativa de propiedades.
¿El PEEK es apto para contacto alimentario y aplicaciones médicas?
Sección titulada «¿El PEEK es apto para contacto alimentario y aplicaciones médicas?»Sí, los grados específicos de PEEK cumplen con las normativas de la FDA y la USP Clase VI, siendo biocompatibles y adecuados para contacto directo con alimentos y fluidos corporales en aplicaciones como implantes quirúrgicos y componentes de procesado alimentario.
¿Cómo se compara el PEEK con los metales en términos de peso y rendimiento?
Sección titulada «¿Cómo se compara el PEEK con los metales en términos de peso y rendimiento?»Con una densidad de aproximadamente 1,32 g/cm³, el PEEK es cerca de un 85 % más ligero que el acero y un 50 % más ligero que el aluminio. Su relación resistencia-peso es excepcional, permitiendo la sustitución directa de metales en componentes estructurales y de fricción.
¿Se puede esterilizar el PEEK sin degradar sus propiedades?
Sección titulada «¿Se puede esterilizar el PEEK sin degradar sus propiedades?»Absolutamente. El PEEK resiste sin degradarse cientos de ciclos de esterilización mediante autoclave (vapor a 134 °C / 273 °F), radiación gamma y plasma de peróxido de hidrógeno, lo que lo convierte en un material ideal para instrumental quirúrgico reutilizable e implantes.
¿Qué diferencias existen entre el PEEK virgen y los grados reforzados con fibra?
Sección titulada «¿Qué diferencias existen entre el PEEK virgen y los grados reforzados con fibra?»Los grados reforzados con fibra de carbono (CF30) o vidrio (GF30) aumentan drásticamente la rigidez (módulo de elasticidad hasta 20 GPa / 2,9 x 10⁶ psi) y la resistencia al desgaste, pero reducen el alargamiento a la rotura a menos del 3 %. El PEEK virgen ofrece mayor ductilidad y excelente resistencia química base.
¿Cómo se mecaniza el PEEK para fabricar piezas de precisión?
Sección titulada «¿Cómo se mecaniza el PEEK para fabricar piezas de precisión?»El PEEK se mecaniza fácilmente con equipos CNC convencionales y herramientas de carburo o diamante. Es crucial emplear un refrigerante abundante para disipar el calor y evitar tensiones térmicas locales. El recocido post-mecanizado a 250 °C / 482 °F suele ser necesario para aliviar las tensiones internas y estabilizar dimensionalmente la pieza final.
Fuentes consultadas
Sección titulada «Fuentes consultadas»- azom.com: https://www.azom.com/properties.aspx?ArticleID=1882
- engineeringtoolbox.com: https://www.engineeringtoolbox.com/
- steelnumber.com: https://www.steelnumber.com/en/search_form_eu.php