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Poli(éter-éter-cetona)

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Propriedades do PEEK
Densidade 1320 kg/m3
Módulo de Young (E) 3.6 GPa
Resistência à tração (σt) 90–100 MPa
Teste de entalhe 55 kJ/m2
Condutividade térmica 0.25 W/(m·K)
Temperatura de fusão[1] 330°C a 380°C
Temperatura de transição vítrea (tg)[1] 145°C
source:[2]

Poli(éter-éter-cetona), (PEEK) é um composto poliaromático, com cadeia linear e semicristalino, ele demonstra ótimo arranjo de rigidez, durabilidade, resistência química e mecânica.[3] O PEEK é um polímero termoplástico orgânico incolor na família da poli(alril-éter-cetona) (PAEK), é comumente usado no contexto de engenharia. O PEEK foi sintetizado pela primeira vez em 1977[4] e introduzido no mercado pela empresa Victrex PLC,Imperial Chemical Industries (ICI) no início dos anos 80.[5]

Devido as ótimas características quanto arranjo de rigidez, durabilidade, resistência química e mecânica. Há pelo menos duas décadas passadas, uma investigação do uso do PEEK como biomaterial teve início, no campo de implantes espinhais, ortopédicos e traumatológicos.[6]

Síntese

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A fórmula molecular do PEEK é (C19H12O13)n, em sua estrutura contém anéis aromáticos, conectados por grupos relativamente estáveis, concedendo ao polímero uma alta estabilidade térmica.[7]

Reação química para obtenção do PEEK através da substituição nucleofílica aromática[8]:









Unidade de repetição do PEEK:

Propriedades

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O PEEK possui excelentes propriedades mecânicas e térmicas. Ele pode ser usado em aplicações na qual a temperatura de trabalho seja significativa, uma vez que o mesmo pode atuar entre -60°C á 260°C [9] e tem ponto fusão entre 330°C à 380°C.[1]

Tais propriedades fazem com que esse material possua uma ótima resistência a tração e escoamento, assim como a compressão e impacto, e uma ótima resistência química e elétrica. Com base no seu teste de entalhe (notch test) é notório a sua boa resistência a abrasão e baixo coeficiente de atrito. Além de todas essas características ele é resistente a todos os tipos de radiação, inclusive os raios U.V.[10] Outra característica fundamental desse material é que ele possui propriedades muito similares às de ligas leves apesar de ser um termoplástico. O conjunto de todas essas propriedades faz com que o PEEK possa atuar nas mais diversas áreas da indústria, abrangendo desde o mercado aeroespacial até o biomédico.[10]

O PEEK apesar de diversas aplicações e propriedades é solúvel apenas em ácido sulfúrico, e uma maneira de contornar isso é a sulfonação deste polímero, obtendo então o PEEK sulfonado (SPEEK) que é solúvel em diversos solventes.[1]

Aplicações

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O PEEK, sendo um polímero termoplástico, possui características importantes para aplicações do cunho ortopédico, uma vez que esse tipo de polímero possui ligações intermoleculares muito fortes, podendo proporcionar boa biocompatibilidade e resistência a determinados danos que podem ser causados devido a umidade. Além do PEEK, a poli(alril-éter-cetona)(PAEK) e a polisulfona vêm sendo cada vez mais fomentados como possíveis materiais com aplicações ortopédicas, além da boa compatibilidade, também possuem boa duração no ambiente fisiológico.[11]

A partir dos anos 80, o PEEK e seus compósitos também foram muito estudados como materiais de aplicação industrial e aeroespacial, possuindo ótimas propriedades termomecânicas, porém no final dos anos 90, o PEEK se sobressaiu como principal termoplástico, com alto desempenho, para substituição de implantes metálicos, essencialmente como implantes de suporte de carga, na área ortopédica, uma vez que o PEEK revelou-se firme quanto a degradação “in vivo” e com boa resistência a danos causados por exposição de gorduras (lipídios), ele também conservou suas altas características mecânicas depois de muitos processos de esterilização.[11][12][13]

O PEEK, quando comparado a demais polímeros da mesma família, é bem avaliado por possuir mais tempo de mercado, no entanto ele possui alto custo e obstáculos no processamento a fim de obter peças com propriedades bem dispostas, isso se dá por conta da sua alta temperatura de processamento (382 a 399 °C) e a alta viscosidade quando é fundido.[14]

Ele tem sido usado também como recipiente no interior de panelas elétricas de arroz, para evitar a corrosão causada no alumínio.[15]

Opções de processamento

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O processamento de moldagem por injeção é uma técnica de fabricação que consiste na criação de peças pela injeção do material fundido em uma molde. Após a peça ser projetada os moldes são usinados, sendo normalmente feitos de metal como o alumínio. O material é aquecido e injetado (forçado) em uma cavidade do molde , onde esfria e endurece a configuração da cavidade.[16]

No processamento por extrusão são fabricadas peças com um perfil transversal fixo, empurrando o material através de uma matriz da seção transversal desejada. Esse método tem como vantagens em relação a outros processos a capacidade de moldar seções transversais muito complexas e de trabalhar com materiais frágeis, pois o material encontra apenas tensões de compressão e de cisalhamento, tendo assim peças com um excelente acabamento superficial. Outro ponto importante é que para realização desse processo o material pode está frio ou quente.[17]

Aplicações no cenário aeroespacial

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O PEEK na indústria aeroespacial em alguns casos é utilizando como lubrificante sólido, sendo aplicado em finas camadas ou misturado em uma matriz polimérica, pois ajudam a solucionar um grande problema da indústria que é a evaporação dos lubrificantes líquidos comuns devido a baixa pressão. Suas características de resistência também lhe proporcionam aplicações de função estrutural como em estruturas de braços espaciais que necessitam de rigidez e resistência [18] .[19]

Também podemos encontrar esse material na aviação, sua densidade mais baixa do que a dos metais, alta resistência térmica, sua alta durabilidade elevada e alta capacidade de modelagem os termoplásticos são muito utilizados em rolamentos, isolamentos térmicos, proteção de cabos, sistemas de resfriamento, sistemas de combustíveis e nacele do motor [20].

Reciclagem

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A reciclagem do PEEK é realizada a partir da etapa de moer o polímero para ser reutilizado em injetoras e extrusoras, mas com esse processo haverá a redução da viscosidade e assim as propriedades mecânicas e especialmente a resiliência será reduzida. [4]

Impacto ambiental

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O PEEK é considerado um biomaterial avançado. Ele é um dos polímeros que não contém aditivos que possam ser liberados durante o processo de moldagem, ou seja, são mais puros e estáveis, sendo utilizado para ser implantado no corpo humano na área de medicina.[15]

Referências

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  1. ↑ a b c d MONICH, Patricia (2016). «Desenvolvimento de compósitos de PEEK/NASF e de PEEK/LZSA para uso em reabilitação oral. Poli(éter-éter- cetona).» (PDF). Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro tecnológico. Consultado em 26 junho de 2019 
  2. ↑ A. K. van der Vegt & L. E. Govaert, Polymeren, van keten tot kunstof, ISBN 90-407-2388-5.
  3. ↑ KIM, M. M.; BOAHENE, K. D. O.; BYRNE, P. J. Use of Customized Polyetheretherketone (PEEK)Implants in the Reconstruction of Complex Maxillofacial Defects. Archives of Facial Plastic Surgery, v. 11, p. 53-57, 2009.
  4. ↑ a b AZEVEDO, Danielle (21 de junho de 2018). «PEEK – Poli(éter-éter-cetona)». ENCIMAT. Consultado em 12 de Julho de 2019 
  5. ↑ «Why PEEK?». drakeplastics.com 
  6. ↑ REGO, Bruna Turino et al. Avaliação do comportamento mecânico de nanocompósito de PEEK/nHA sob curta e longa duração para aplicação como biomaterial. 2012.
  7. ↑ K.C. Cole, I.G. Casella, Thermochimica Acta 211 (1992) 209-228.
  8. ↑ ANDRADE, Thiago (2017). «Propriedades tribológicas do PEEK no ambiente lubrificado com óleo.» (PDF). Tese apresentada para à Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Consultado em 15 de Julho de 2019 
  9. ↑ PLASTECNO. Peek. Disponível em: <https://www.plastecno.com.br/produtos/peek.html>. Acesso em: 19 nov. 2018.
  10. ↑ a b DOS SANTOS, Flavia Suzany Ferreira. Modificação da superfície do poli (éter-éter-cetona). Revista Matéria, v. 22, n. 4.
  11. ↑ a b EVANS, S. L.; GREGSON, P. J. Composite technology in load-bearing orthopaedic implants. Biomaterials, vol. 19 p.1329-1342, 1998.
  12. ↑ KURTZ, S. M.; DEVINE, J.N. PEEK biomaterials in trauma, orthopedic, and spinal implants. Biomaterials, vol.28, p. 4845-4869, 2007.
  13. ↑ TOTH, J. M.; WANG, M.; ESTES, B. T.; SCIFERT, J. L.; SEIM, H. B.; TURNER, A. S. Polyetheretherketone as a biomaterial for spinal applications. Biomaterials, vol. 27, p. 324–334, 2006.
  14. ↑ MAZUR, Rogério L. et al. Avaliações térmica e reológica da matriz termoplástica PEKK utilizada em compósitos aeronáuticos. Polímeros, p. 237-243, 2008.
  15. ↑ a b Chris, Lefteri (25 de maio de 2018). Materiais em design: 112 materiais para design de produtos. [S.l.]: Editora Blucher. ISBN 9788521209645 
  16. ↑ TODD, Robert H.; ALLEN, Dell K.; ALTING, Leo. Manufacturing processes reference guide. Industrial Press Inc., 1994.
  17. ↑ Oberg, Erik; Jones, Franklin D.; Horton, Holbrook L.; Ryffel, Henry H. (2000), Machinery's Handbook (26th ed.), New York: Industrial Press
  18. ↑ Géraldine Theiler, and Thomas Gradt; MoS2-Filled PEEK Composite as a Self-Lubricating Material for Aerospace Applications. Proceedings of the 40th Aerospace Mechanisms Symposium, NASA Kennedy Space Center, May 12-14, 2010 <https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20100021916.pdf>
  19. ↑ J. DENAULT, M. DUMOUCHEL; Consolidation Process of PEEK/Carbon Composite for Aerospace Applications (1998) Kluwer Academic Publishers. Manufactured in The Netherlands
  20. ↑ DRAKE PLASTICS LTD CO; Industry Applications - Aviation <https://drakeplastics.com/industry-applications/aviation/>
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