PEEK - Polieter Eter Cetona

El polieter eter cetona (PEEK) es un polimero termoplastico semicristalino de ultra alto rendimiento perteneciente a la familia de poliariletercetonas (PAEK). El PEEK es ampliamente considerado como uno de los polimeros de ingenieria mas capaces disponibles comercialmente, ofreciendo una combinacion extraordinaria de propiedades: temperaturas de uso continuo hasta 260°C, excepcional resistencia a practicamente todos los productos quimicos organicos e inorganicos, retardancia intrinseca a la llama (UL 94 V-0), biocompatibilidad para dispositivos medicos implantables permanentes, y excelente resistencia a la radiacion gamma, haz de electrones y esterilizacion por vapor. El PEEK es el material preferido cuando se demanda la sustitucion de metales en las condiciones termicas, quimicas y mecanicas mas extremas.

El mercado global de PEEK se valoro en aproximadamente $790 millones de dolares en 2024 y se proyecta un crecimiento a una tasa compuesta anual (CAGR) del 7,8% hasta 2030, impulsado por las iniciativas de reduccion de peso en la industria aeroespacial, la expansion de aplicaciones de implantes medicos, y la adopcion creciente en los sectores de petroleo y gas, semiconductores y automotriz. A pesar de su precio premium, el costo total de propiedad del PEEK es frecuentemente menor que las alternativas metalicas cuando se consideran los ahorros de peso, la eliminacion de la corrosion y la vida util prolongada.

El PEEK cumple con las especificaciones ASTM D6262 para materiales de moldeo y extrusion de polietereetercetona (PEEK). El PEEK de grado medico cumple con ASTM F2026 para polimeros de PEEK utilizados en aplicaciones de implantes quirurgicos y es un material biocompatible de Clase VI segun las pruebas USP. Los grados aeroespaciales cumplen con AMS 3914 y las especificaciones de materiales de Airbus y Boeing. Todos los grados logran inherentemente UL 94 V-0 y cumplen con los requisitos FAR 25.853 para liberacion de calor y densidad de humo en interiores de aeronaves.

Las propiedades clave del PEEK incluyen:

• Extrema resistencia a la temperatura con una temperatura de transicion vitrea de 143°C, un punto de fusion de 343°C y capacidad de uso continuo hasta 260°C bajo carga mecanica.
• Excepcional resistencia quimica a practicamente todos los solventes organicos, acidos (excepto acido sulfurico concentrado), bases, hidrocarburos y fluidos de aviacion. El PEEK solo es atacado por acido sulfurico concentrado y algunos superacidos.
• Biocompatibilidad que cumple con los requisitos USP Clase VI e ISO 10993, permitiendo su uso en dispositivos medicos implantables permanentes incluyendo cajas de fusion espinal, implantes dentales y fijacion de trauma.
• Retardancia intrinseca a la llama que logra UL 94 V-0 sin aditivos, con excepcionalmente baja emision de humo y gases toxicos, critico para aplicaciones aeroespaciales y de transporte masivo.
• Excelente resistencia a la radiacion gamma, haz de electrones y esterilizacion por vapor en autoclave, manteniendo la integridad mecanica a traves de miles de ciclos de esterilizacion.
• Superior resistencia a la fatiga y rendimiento de fluencia a largo plazo bajo cargas mecanicas y termicas sostenidas.
• Radiolucencia (transparencia a rayos X y tomografias computarizadas) en grados sin carga, permitiendo la imagenologia posoperatoria de implantes medicos sin artefactos.

Estructura quimica y cristalizacion

El PEEK se sintetiza por polimerizacion por crecimiento de cadena de 4,4’-difluorobenzofenona con la sal disodica de hidroquinona en un solvente polar de alto punto de ebullicion (tipicamente difenil sulfona) a temperaturas cercanas a 300°C. La cadena polimerica resultante consiste en enlaces repetitivos de eter-eter-cetona entre anillos aromaticos, produciendo una estructura molecular excepcionalmente estable que explica la notable resistencia termica y quimica del PEEK.

El PEEK cristaliza a temperaturas relativamente altas, con niveles de cristalinidad tipicos del 35–45% alcanzables mediante un procesamiento adecuado. Se requieren temperaturas de molde de 175–200°C para desarrollar la cristalinidad optima durante el moldeo por inyeccion. El PEEK amorfo puede producirse mediante enfriamiento rapido y posteriormente recocerse para desarrollar cristalinidad si es necesario. El grado de cristalinidad influye significativamente en la resistencia quimica, las propiedades de desgaste y el rendimiento mecanico a temperaturas elevadas.

Grados disponibles

PEEK sin carga proporciona la combinacion base de tenacidad, resistencia quimica y rendimiento termico. Los grados sin carga se utilizan en implantes medicos (donde la radiolucencia es critica), sellos de procesamiento quimico y aplicaciones que requieren maxima elongacion y resistencia a la fatiga. El PEEK sin carga ofrece la mayor pureza y es el punto de partida para aplicaciones de contacto con alimentos y farmaceuticas.

PEEK reforzado con fibra de carbono (10–30% FC) ofrece la mayor relacion rigidez-peso y la mejor resistencia al desgaste entre los compuestos de PEEK. Los grados reforzados con fibra de carbono se utilizan en componentes estructurales aeroespaciales, aplicaciones de rodamientos y bujes, y equipos de manejo de semiconductores. Estos grados ofrecen modulos de flexion que superan los 20.000 MPa y excelente conductividad termica en relacion con otros polimeros.

PEEK reforzado con fibra de vidrio (10–30% FV) proporciona mayor rigidez y resistencia a un costo menor que los grados de fibra de carbono mientras mantiene buenas propiedades de aislamiento electrico. El PEEK reforzado con vidrio se utiliza en conectores electricos, soportes estructurales y aislamiento electrico de alta temperatura donde se requiere tanto rendimiento mecanico como propiedades dielectricas.

PEEK para rodamientos y desgaste incorpora PTFE, grafito y/o fibra de carbono para producir compuestos autolubricantes con coeficientes de friccion extremadamente bajos y excepcional resistencia al desgaste. Estos grados reemplazan rodamientos metalicos, bujes, anillos de sello y arandelas de empuje en aplicaciones donde la lubricacion es dificil o imposible, como equipos submarinos y maquinaria de procesamiento de alimentos.

PEEK de grado medico e implantable se fabrica bajo condiciones cGMP con trazabilidad completa y pruebas de biocompatibilidad por lote especifico segun ASTM F2026 e ISO 10993. El PEEK medico se utiliza para implantes permanentes incluyendo cajas de fusion espinal (dispositivos intersomaticos), pilares de implantes dentales, placas de fijacion de trauma y reconstruccion craneal. Su modulo elastico puede ajustarse para aproximar el hueso cortical, reduciendo el efecto de apantallamiento de tensiones, una ventaja significativa sobre los implantes de titanio.

Procesamiento

El PEEK se procesa por moldeo por inyeccion a temperaturas de fusion de 370–400°C y temperaturas de molde de 175–200°C. Estas temperaturas de procesamiento elevadas requieren equipos especializados incluyendo cilindros, husillos y sistemas de canal caliente de alta capacidad termica. Se recomienda el presecado (3 horas a 150°C) para lograr una calidad superficial optima, aunque el PEEK es relativamente insensible a la degradacion inducida por humedad en comparacion con los poliesteres.

El PEEK tambien puede procesarse por extrusion (barra, placa, tubo, pelicula), moldeo por compresion, manufactura aditiva (FDM, SLS, FFF con impresoras 3D especializadas de alta temperatura) y recubrimiento en polvo. El mecanizado a partir de formas extruidas es comun para produccion de bajo volumen y prototipos. El PEEK acepta operaciones de posprocesamiento incluyendo mecanizado CNC, soldadura ultrasonica, soldadura laser y tratamientos superficiales incluyendo plasma y corona para union adhesiva.