Compuestos de PEEK: cómo las fibras mejoran la resistencia y la durabilidad

La ciencia de los materiales, como uno de los campos fundamentales de la tecnología moderna, ha evolucionado junto con la civilización humana y muestra una vitalidad notable en la actual revolución tecnológica. Los materiales poliméricos, como parte clave de la ciencia moderna de materiales, han pasado de ser plásticos tradicionales a materiales de alto rendimiento, ligeros e inteligentes. Con el avance de la tecnología en China, la demanda de polímeros de alto rendimiento ha aumentado. Entre ellos, los poliariletercetonas (PAEKs) han ganado atención por su excelente resistencia al calor y propiedades mecánicas.

1. Resina de Polieteretercetona (PEEK)

La polieteretercetona (PEEK) es un polímero termoplástico aromático semicristalino y la variedad más destacada de la familia PAEK. Su cadena molecular consta de grupos repetidos éter (-O-) y cetona (-CO-). El PEEK ofrece excelente resistencia al desgaste, a los ácidos, álcalis, solventes orgánicos y altas temperaturas, lo que lo hace ampliamente utilizado en la industria aeroespacial, dispositivos médicos, automotriz, entre otros.

Con el desarrollo industrial, los métodos de procesamiento y modificación de compuestos de PEEK han aumentado, siendo el refuerzo con fibras el más común.

El PEEK reforzado con fibras puede clasificarse en PEEK con fibras cortas, largas o continuas. Debido a su facilidad de moldeo y procesamiento, el PEEK con fibras cortas es el más utilizado. Las fibras comunes son fibra de carbono (CF) y fibra de vidrio (GF).

2. Mecanismos teóricos del PEEK reforzado con fibras

La investigación académica destaca:

• Las fibras poseen un alto módulo y resistencia, mejorando significativamente las propiedades mecánicas de los compuestos.

• El PEEK presenta una resistencia a la tracción de ~100 MPa y un módulo de 3,6 GPa. En contraste, la fibra de carbono (CF) alcanza 3500–6000 MPa y 230–600 GPa, mientras que la fibra de vidrio (GF) llega a 3100–3800 MPa y 72,5–75,5 GPa.

Por lo tanto, el compuesto combina propiedades intermedias, reforzando al PEEK.

2.1 Transferencia de esfuerzos

Las fibras mejoran la resistencia y rigidez transfiriendo cargas externas mediante interacciones interfaciales. La adhesión fuerte entre fibras y matriz de PEEK es crítica.

El Dr. Li Feiyang (ARKPEEK) demostró que las fibras de carbono aportan mayor rigidez, mientras que las de vidrio brindan mayor ductilidad. El análisis SEM mostró superficies rugosas en fibras extraídas, lo que confirma una mejor adhesión interfacial.

2.2 Efectos de la cristalización

La investigación de Fan Yeling reveló que las fibras de carbono inducen capas transcristalinas más efectivas que las fibras de vidrio, especialmente a altas temperaturas.

2.3 Optimización interfacial

El tratamiento superficial de fibras de carbono (oxidación, agentes de acoplamiento) mejora la adherencia con PEEK y aumenta la resistencia al corte interfacial.

3. Conclusión

Las fibras mejoran notablemente la resistencia y el módulo del PEEK. No obstante, los efectos interfaciales deben gestionarse cuidadosamente. Los sistemas PEEK reforzados con fibras tienen un enorme potencial para la investigación y aplicaciones industriales.