Mejorando las propiedades mecánicas del PEEK mediante procesamiento térmico

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Proceso de Tratamiento Térmico de Piezas de PEEK

PEEK (Polieter éter cetona) es un plástico de ingeniería de alto rendimiento ampliamente utilizado en los sectores aeroespacial, médico, electrónico, entre otros, gracias a su excelente resistencia térmica, resistencia química y biocompatibilidad. Sin embargo, su naturaleza semicristalina lo hace sensible a las condiciones de tratamiento térmico. En este artículo se analizan los efectos del tratamiento térmico en las propiedades mecánicas, la cristalinidad y la microestructura de las piezas de PEEK, proponiendo estrategias para optimizar su rendimiento.

1. Importancia del tratamiento térmico del PEEK

PEEK es un termoplástico aromático lineal con alta resistencia, tenacidad, durabilidad y estabilidad térmica. No obstante, el enfriamiento rápido durante su procesamiento puede generar baja cristalinidad, afectando su resistencia mecánica y adhesión entre capas. Por ello, el tratamiento térmico es fundamental para mejorar sus propiedades.

2. Efectos del tratamiento térmico sobre el PEEK

2.1 Mejora de las propiedades mecánicas

El tratamiento térmico adecuado puede aumentar considerablemente la resistencia de las piezas de PEEK. Por ejemplo, en fabricación aditiva, a 180–200°C durante 50–60 minutos, la resistencia al corte entre capas alcanza 26.11 MPa, un aumento del 97.95% respecto a piezas sin tratamiento. Además, los valores de tracción y flexión mejoran con mayor temperatura y tiempo.

2.2 Mejora de la cristalinidad

La cristalinidad afecta directamente la resistencia mecánica y térmica. El tratamiento térmico favorece la reorganización molecular y la formación de cristales. A 300°C durante 210 minutos, la cristalinidad mejora notablemente y la resistencia a tracción sube de 88.6 a 100.29 MPa. El enfriamiento lento favorece una estructura más compacta que el rápido.

2.3 Cambios en la microestructura

El tratamiento térmico también altera la microestructura interna. La observación por microscopía electrónica (SEM) muestra superficies de fractura más rugosas y menor porosidad después del tratamiento, lo que indica mayor densidad estructural. El sinterizado por prensado rápido mejora aún más la morfología.

3. Optimización del tratamiento térmico

3.1 Selección de parámetros

Los parámetros clave son temperatura y duración. Para piezas impresas en 3D, se recomiendan 180–200°C durante 50–60 minutos. En moldeo por inyección, es preferible un curado térmico a alta temperatura para eliminar tensiones internas y mejorar la estabilidad dimensional.

3.2 Técnicas de postratamiento

El recocido y el temple ayudan a aliviar tensiones y mejorar la estructura. Por ejemplo, recocer a 160°C por 30 minutos y luego a 200°C por 2 horas mejora significativamente las propiedades mecánicas. La velocidad de enfriamiento también influye en la tenacidad y resistencia.

3.3 Ajuste integral de parámetros

Cada aplicación requiere condiciones específicas. En aeroespacial se necesitan temperaturas más altas y tiempos prolongados, mientras que en medicina es clave la biocompatibilidad y resistencia química.

4. Conclusión

El tratamiento térmico afecta significativamente la resistencia, cristalinidad y estructura interna del PEEK. Al optimizar temperatura, tiempo y velocidad de enfriamiento, se pueden mejorar notablemente sus propiedades. Futuros estudios deben enfocarse en condiciones óptimas por sector y emplear técnicas como DSC y SEM para comprender mejor su comportamiento térmico.