Poli(éter-éter-cetona)
Propriedades do PEEK | |
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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 |
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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
editarA 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
editarO 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
editarO 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
editarO 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
editarO 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
editarA 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
editarO 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
editar- ↑ 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
- ↑ A. K. van der Vegt & L. E. Govaert, Polymeren, van keten tot kunstof, ISBN 90-407-2388-5.
- ↑ 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.
- ↑ a b AZEVEDO, Danielle (21 de junho de 2018). «PEEK – Poli(éter-éter-cetona)». ENCIMAT. Consultado em 12 de Julho de 2019
- ↑ «Why PEEK?». drakeplastics.com
- ↑ REGO, Bruna Turino et al. Avaliação do comportamento mecânico de nanocompósito de PEEK/nHA sob curta e longa duração para aplicação como biomaterial. 2012.
- ↑ K.C. Cole, I.G. Casella, Thermochimica Acta 211 (1992) 209-228.
- ↑ 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
- ↑ PLASTECNO. Peek. Disponível em: <https://www.plastecno.com.br/produtos/peek.html>. Acesso em: 19 nov. 2018.
- ↑ a b DOS SANTOS, Flavia Suzany Ferreira. Modificação da superfície do poli (éter-éter-cetona). Revista Matéria, v. 22, n. 4.
- ↑ a b EVANS, S. L.; GREGSON, P. J. Composite technology in load-bearing orthopaedic implants. Biomaterials, vol. 19 p.1329-1342, 1998.
- ↑ KURTZ, S. M.; DEVINE, J.N. PEEK biomaterials in trauma, orthopedic, and spinal implants. Biomaterials, vol.28, p. 4845-4869, 2007.
- ↑ 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.
- ↑ MAZUR, Rogério L. et al. Avaliações térmica e reológica da matriz termoplástica PEKK utilizada em compósitos aeronáuticos. Polímeros, p. 237-243, 2008.
- ↑ a b Chris, Lefteri (25 de maio de 2018). Materiais em design: 112 materiais para design de produtos. [S.l.]: Editora Blucher. ISBN 9788521209645
- ↑ TODD, Robert H.; ALLEN, Dell K.; ALTING, Leo. Manufacturing processes reference guide. Industrial Press Inc., 1994.
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- ↑ J. DENAULT, M. DUMOUCHEL; Consolidation Process of PEEK/Carbon Composite for Aerospace Applications (1998) Kluwer Academic Publishers. Manufactured in The Netherlands
- ↑ DRAKE PLASTICS LTD CO; Industry Applications - Aviation <https://drakeplastics.com/industry-applications/aviation/>