PEEK - Poliéter Éter Cetona

O Poliéter Éter Cetona (PEEK) é um polímero termoplástico semicristalino de ultra-alto desempenho pertencente à família dos poliarilétercetona (PAEK). O PEEK é amplamente considerado um dos polímeros de engenharia mais capazes disponíveis comercialmente, oferecendo uma combinação extraordinária de propriedades: temperaturas de uso contínuo até 260°C, excepcional resistência a praticamente todos os produtos químicos orgânicos e inorgânicos, retardância de chama inerente (UL 94 V-0), biocompatibilidade para dispositivos médicos implantáveis permanentes e excelente resistência à radiação gama, feixe de elétrons e esterilização por vapor. O PEEK é o material preferido quando a substituição de metais é exigida nas condições térmicas, químicas e mecânicas mais extremas.

O mercado global de PEEK foi avaliado em aproximadamente US$ 790 milhões em 2024 e projeta-se um crescimento a uma taxa composta de crescimento anual (CAGR) de 7,8% até 2030, impulsionado por iniciativas de redução de peso aeroespacial, expansão de aplicações de implantes médicos e crescente adoção nos setores de petróleo e gás, semicondutores e automotivo. Apesar de seu preço premium, o custo total de propriedade do PEEK é frequentemente menor do que o de alternativas metálicas quando se consideram economia de peso, eliminação de corrosão e vida útil prolongada.

O PEEK está em conformidade com as especificações ASTM D6262 para materiais de moldagem e extrusão de poliéterétercetoana (PEEK). O PEEK de grau médico atende à ASTM F2026 para polímeros PEEK utilizados em aplicações de implantes cirúrgicos e é um material biocompatível Classe VI conforme testes USP. Os graus aeroespaciais estão em conformidade com a AMS 3914 e atendem às especificações de materiais da Airbus e Boeing. Todos os graus atingem inerentemente UL 94 V-0 e atendem aos requisitos FAR 25.853 para liberação de calor e densidade de fumaça em interiores de aeronaves.

As principais propriedades do PEEK incluem:

• Extrema resistência à temperatura com temperatura de transição vítrea de 143°C, ponto de fusão de 343°C e capacidade de uso contínuo até 260°C sob carga mecânica.
• Excepcional resistência química a praticamente todos os solventes orgânicos, ácidos (exceto ácido sulfúrico concentrado), bases, hidrocarbonetos e fluidos de aviação. O PEEK é atacado apenas por ácido sulfúrico concentrado e alguns superácidos.
• Biocompatibilidade atendendo aos requisitos USP Classe VI e ISO 10993, possibilitando o uso em dispositivos médicos implantáveis permanentes, incluindo cages de fusão espinhal, implantes dentários e fixação de trauma.
• Retardância de chama inerente atingindo UL 94 V-0 sem aditivos, com emissão excepcionalmente baixa de fumaça e gases tóxicos — crítica para aplicações aeroespaciais e de transporte de massa.
• Excelente resistência à radiação gama, feixe de elétrons e esterilização por vapor em autoclave, mantendo a integridade mecânica ao longo de milhares de ciclos de esterilização.
• Superior resistência à fadiga e desempenho de fluência de longo prazo sob cargas mecânicas e térmicas sustentadas.
• Radiolucência (transparência a raios X e tomografia computadorizada) em graus não reforçados, possibilitando imagens pós-operatórias de implantes médicos sem artefatos.

Estrutura Química e Cristalização

O PEEK é sintetizado por polimerização de crescimento em etapas de 4,4'-difluorobenzofenona com o sal dissódico de hidroquinona em um solvente polar de alto ponto de ebulição (tipicamente difenil sulfona) a temperaturas em torno de 300°C. A cadeia polimérica resultante consiste em ligações éter-éter-cetona repetitivas entre anéis aromáticos, produzindo uma estrutura molecular excepcionalmente estável que é responsável pela notável resistência térmica e química do PEEK.

O PEEK cristaliza em temperaturas relativamente altas, com níveis típicos de cristalinidade de 35–45% alcançáveis por meio de processamento adequado. Temperaturas de molde de 175–200°C são necessárias para desenvolver a cristalinidade ideal durante a moldagem por injeção. O PEEK amorfo pode ser produzido por resfriamento rápido e posteriormente recozido para desenvolver cristalinidade, se necessário. O grau de cristalinidade influencia significativamente a resistência química, as propriedades de desgaste e o desempenho mecânico em temperaturas elevadas.

Graus Disponíveis

PEEK Não Reforçado proporciona a combinação básica de tenacidade, resistência química e desempenho térmico. Os graus não reforçados são utilizados em implantes médicos (onde a radiolucência é crítica), vedações de processamento químico e aplicações que exigem máximo alongamento e resistência à fadiga. O PEEK não reforçado oferece a maior pureza e é o ponto de partida para aplicações de contato com alimentos e farmacêuticas.

PEEK Reforçado com Fibra de Carbono (10–30% FC) oferece a maior relação rigidez/peso e melhor resistência ao desgaste entre os compostos de PEEK. Os graus reforçados com fibra de carbono são utilizados em componentes estruturais aeroespaciais, aplicações de rolamentos e buchas, e equipamentos de manuseio de semicondutores. Esses graus oferecem módulos de flexão superiores a 20.000 MPa e excelente condutividade térmica em relação a outros polímeros.

PEEK Reforçado com Fibra de Vidro (10–30% FV) proporciona maior rigidez e resistência a um custo inferior aos graus com fibra de carbono, mantendo boas propriedades de isolamento elétrico. O PEEK com fibra de vidro é utilizado em conectores elétricos, suportes estruturais e isolamento elétrico de alta temperatura onde tanto o desempenho mecânico quanto as propriedades dielétricas são necessários.

PEEK para Rolamentos e Desgaste incorpora PTFE, grafite e/ou fibra de carbono para produzir compostos autolubrificantes com coeficientes de atrito extremamente baixos e excepcional resistência ao desgaste. Esses graus substituem rolamentos, buchas, anéis de vedação e arruelas de encosto metálicos em aplicações onde a lubrificação é difícil ou impossível, como equipamentos submarinos e maquinário de processamento de alimentos.

PEEK de Grau Médico e Implantável é fabricado sob condições cGMP com rastreabilidade total e testes de biocompatibilidade por lote conforme ASTM F2026 e ISO 10993. O PEEK médico é utilizado para implantes permanentes, incluindo cages de fusão espinhal (dispositivos intervertebrais), pilares de implantes dentários, placas de fixação de trauma e reconstrução craniana. Seu módulo de elasticidade pode ser ajustado para se aproximar do osso cortical, reduzindo o efeito de blindagem de tensão — uma vantagem significativa sobre implantes de titânio.

Processamento

O PEEK é processado por moldagem por injeção a temperaturas de massa fundida de 370–400°C e temperaturas de molde de 175–200°C. Essas temperaturas de processamento elevadas exigem equipamentos especializados, incluindo cilindros, roscas e sistemas de câmara quente com capacidade para altas temperaturas. A pré-secagem (3 horas a 150°C) é recomendada para obter qualidade superficial ideal, embora o PEEK seja relativamente insensível à degradação induzida por umidade em comparação aos poliésteres.

O PEEK também pode ser processado por extrusão (barras, placas, tubos, filmes), moldagem por compressão, manufatura aditiva (FDM, SLS, FFF com impressoras 3D especializadas de alta temperatura) e revestimento em pó. A usinagem de formas extrudadas é comum para produção em baixo volume e protótipos. O PEEK aceita operações de pós-processamento incluindo usinagem CNC, soldagem ultrassônica, soldagem a laser e tratamentos superficiais incluindo plasma e corona para colagem adesiva.