Polieterimida
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Polieterimida (PEI)
Las polieterimidas termoplásticas proporcionan la resistencia, resistencia al calor y resistencia al fuego de las poliimidas tradicionales con la facilidad del procesamiento de fusión simple que se observa en las resinas de moldeo por inyección estándar como el policarbonato y el ABS. El PEI o Polieterimida, es un material que ofrece una elevada eficiencia mecánica en combinación con una excelente resistencia térmica y a sustancias químicas. La temperatura para uso continuo es de hasta +170°C aproximadamente. Posee además una estabilidad dimensional y una resistencia a la fluencia elevadas. La resistencia a la irradiación y a la hidrólisis (aplicaciones médicas) también se consideran muy buenas. La baja producción de humo, en conjunto con su capacidad auto extinguible han permitido aplicaciones en aeronaves. Su gran resistencia a momentos de torsión, respecto a los materiales termoplásticos, permite la sustitución económica de piezas pequeñas de acero. Es un polímero amorfo y tranparente, que combina alta resistencia a la temperatura, al impacto y rigidez. PEI ofrece una impresionante colección de atributos tales como alta resistencia al calor, rigidez, resistencia al impacto, alta resistencia mecánica, buenas propiedades eléctricas, alta resistencia a la llama, baja generación de humo y amplia resistencia química. Además de PEI presenta una combinación única de propiedades que coinciden con las de los polímeros especiales de alto precio y exhibe la capacidad de procesamiento de los ETP tradicionales, aunque se requieren temperaturas de fusión más altas. La excelente estabilidad térmica se demuestra mediante el mantenimiento de una viscosidad de fusión estable después de múltiples rectificados y remodelados. Nombres - Símbolo
- Polieterimida
- PEI
- XPEI
Propriedades PEI
- Elevada rigidez y dureza
- Elevada resistencia a la deformación térmica
- Elevada resistencia a descargas disruptivas
- Mínimo coeficiente de dilatación térmica
- Elevada resistencia a sustancias químicas
- Elevada resistencia a la intemperie
- Alta resistencia a rayos gamma
- Auto extinguible, baja emisión de humo
- Mínima producción de gas de combustión
- Muy elevada resistencia a la torsión
- Resistencia a la tracción muy alta sin el uso de refuerzo
- Una temperatura de transición vítrea de 215°C, una temperatura de deflexión de 200°C
- Un índice de temperatura UL alto de 170 ° C (para mecánica con impacto)
- Resistencia a las llamas (LO1 de 47 y clasificación UL94 V-0 a 0,41 mm de espesor)
- Emisión de humo muy baja, superior incluso a la polietersulfona
- Excelente estabilidad hidrolítica (una debilidad de muchas poliimidas)
Gama de productos
PEI está disponible en colores adaptables opacos y transparentes además de productos rellenos de vidrio. Además, los copolímeros PEI están disponibles incluso para satisfacer necesidades químicas, térmicas y de elasticidad aún mayores. Se vende reforzada con fibra de vidrio y/o carbono para aplicaciones de alto desempeño
Propiedades Mecánicas Físicas PEI
Las resinas de polieterimida (PEI) termoplástica ofrece una increíble termo-resistencia, una gran resistencia y rigidez y una amplia resistencia química. Las resinas PEI cuentan con un equilibrio único entre las propiedades mecánicas y de procesabilidad, ofreciendo a los técnicos de diseño una libertad y una flexibilidad excepcionales. Se sitúa entre los termoplásticos dimensionalmente más estables del mercado, ofreciendo gran predictibilidad sobre un amplio rango de temperatura. Los productos con relleno ofrecen capacidades dimensionales de tolerancia excepcionalmente alta. EL PEI es un polímero de color ámbar transparente, no con grandes cualidades ópticas. Propiedades similares a los polieteretercetona (PEEK), pero con costes de menores. A menudo sustituye el policarbonato cuando las solicitudes de resistencia a la temperatura son mayores. Al poseer las mismas cualidades que las poliarisulfonas, este material resiste a arrastrarse a altas temperaturas. Esta característica permite una temperatura alta y uso continuo.
Propiedades PEI (23°C)
- Temperatura de funcionamiento: hasta 170°C
- Temperatura de transición vítrea (Tg): 217°C
- Densidad ρ: 1,22 g/cm³
- Modulos elasticos: 3.600 MPa
- Alargamiento: 8 %
- Resistencia al impacto, Charpy con muesca: 10 kJ/m²
- Resistencia a la tracción: 111 MPa
- Temperatura de deflexión térmica HDT - 0,45 MPa: 210°C
- Temperatura de deflexión térmica HDT - 1.80 MPa: 200°C
- Temperatura de ablandamiento Vicat B/50 : 218°C
- MVR (360°C/5 kg) : 15 cm³/10 min
- índice límite de oxígeno (LOI): 47%
Propiedades Termicás PEI
Excelente estabilidad de las propiedades físicas y mecánicas a temperaturas elevadas gracias a una temperatura de transición del vidrio de 217 y 176ºC, uso prolongado a 170°C, adecuado para aplicaciones de alta temperatura gracias la posibilidad de soportar temperaturas de hasta 240°C. Disponible con índices térmicos relativos (RTI) de hasta 180 & 176ºC. Resistencia a la flama intrínseca sin aditivos en la mayoría de los productos, excepcionalmente difíciles de inflamar, con una índice límite de oxígeno (LOI) del 47%, cumpliendo las exigencias de la norma UL94 V0 en secciones tan finas como 0,41 mm. Generación de humos extremadamente baja , con productos de combustión con una toxicidad similar a la madera. El PEI retiene toda su resistencia, rigidez y estabilidad dimensional al exponerse a las altas temperaturas del cocinado en microondas. Su DTUL es de 198°C a 264 psi.
Propiedades Electricás PEI
Absorbe poca humedad del 0.7% a 23°C/50% HR y 1.25%, por lo tanto muestra excelentes propiedades eléctricas, bajo factor de disipación , alta resistencia dieléctrica, que permanecen estables en un amplio rango de condiciones ambientales. Esta estabilidad, combinada con excelentes propiedades térmicas , hacen que el PEI candidatos para las exigentes aplicaciones de electrónica. Debido a su alta resistencia dieléctrica, este polímero es muy fuerte, resistente al calor y a la tensión en el rango de 40 N/mm² a 175°C con un módulo de elasticidad de flexión de 3200 N/mm². Se utiliza en aplicaciones en las que el material debe absorber el mínimo posible de energía eléctrica en forma de calor.
Cumplimiento de normas PEI
Ofrecen transparencia y fluidez para moldeo de paredes finas, cumplen la normativa de la FDA norteamericana y de la UE para contacto con alimentos, y cuentan con la certificación NSF51. El PEI cumplen los requisitos de la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) y la Asociación Japonesa de plásticos Higiénicos a base de estireno y olefinas (JHOSPA) para contacto con alimentos.
Resistencia Quìmica PEI
A diferencia de la mayoría de los termoplásticos amorfos, las resinas PEI mantienen una gran resistencia y no se rajan cuando se exponen a líquidos de aeronaves y de automóviles, hidrocarburos alifáticos, alcoholes, ácidos y soluciones acuosas débiles pero tiene baja resistencia mediana a la susceptibilidad y a fisuras de esfuerzos. Buena resistencia a la hidrólisis, apto para la esterilización con vapor. El PEI soporta la exposición prolongada a diversos agentes de limpieza y grupos de alimentos sin deteriorarse, agrietarse ni perder sus propiedades físicas iniciales. Excelente resistencia a la radiación de microondas, aprobado por la FDA, resistente a la exposición prolongada a varios agentes de limpieza y grupos de alimentos sin que se agriete la superficie, agrietarse o perder las propiedades físicas que acababa de impresos, pero puede ser atacado por disolventes halogenados, con la formación de microfisuras. Gracias a su buena resistencia a la hidrólisis el PEI es capaz de soportar ciclos de autoclave repetidos. Es soluble parcialmente en solventes halogenados, pero es resistente a los ácidos, alcoholes e hidrocarburos. Es inerte en contacto con la mayoría de los hidrocarburos, además del cloruro de metileno y el tricloroetano, que son hidrocarburos halogenados. Se desempeña bien en condiciones de humedad y es resistente a los rayos UV y la radiación gamma. La exposición prolongada a la intensa luz UV causa un cambio de color en las resinas PEI y puede conducir a la degradación. Sin embargo, como en muchos sistemas, la fotoquímica a menudo está dominada por la presencia de pigmentos. En la mayoría de los casos, las resinas PEI expuestas a la luz ultravioleta de alta intensidad muestran un rápido cambio de color y pérdida de brillo, que luego se nivela después de cortos tiempos de exposición.
Características reológicas de las resinas PEI
Las características reológicas de las resinas PEI les permiten someterse a todas las técnicas de procesamiento de termoplásticos, es decir, moldeo por inyección (soplado), extrusión, moldeo por espuma estructural y moldeo por compresión. El procesamiento debe basarse en las pautas aplicables a los plásticos de ingeniería amorfos, pero con los ajustes de temperatura apropiados. La alta temperatura de transición vítrea (217°C) requiere una temperatura de fusión típicamente en el rango de 360 a 425°C. El material triturado limpio y bien procesado se puede reciclar en la alimentación en cantidades del 20 al 50 %. Las resinas de PEI absorben agua y tienen que secarse previamente antes de que se procesen por fusión para evitar que la superficie se desprenda gravemente durante el moldeado o la extrusión. Se requiere calentar durante al menos 4 h a 150°C para reducir el contenido de agua al nivel deseado de 0,03 %. Aunque los humos de procesamiento son insignificantes, se recomienda una ventilación adecuada. La purga del equipo de procesamiento se puede lograr con polietileno de alta masa molecular en combinación con una disminución gradual de la temperatura de fusión de 400 a 200 °C.
Procesabilidad PEI
Los artefactos en el PEI se hacen generalmente por moldeo por inyección, moldear por soplado de extrusión y se pueden extruir, termoconformar y posteriormente pueden ser procesados con el equipo estándar para la carpintería y metalurgia sin sufrir grietas, picaduras, rotura de ningún tipo. Su fluidez permite longitudes de flujo bajo de tan sólo 0,2 mm de espesor, utilizando un equipo de moldeado por inyección convencional. Requiere de un secado previo a su procesamiento, su rango de temperatura de procesamiento va de 300 a 400°C. La ventana de procesamiento es de casi 100°C, y PEI se puede procesar en la mayoría de los equipos existentes. Además, esta excelente resina de flujo puede usarse para moldear piezas complicadas y secciones delgadas (tan delgadas como 5 mil).
Soldadura PEI
Es conveniente secar primero la pieza. Una vez soldado con gas caliente, se debe recocer. Es mejor soldar con elementos calientes, fricción o ultrasonidos. Es altamente soldable.
Compound
La resina PEI se puede combinar con varios ingredientes diferentes para formar una familia de materiales termoplásticos. Uno de los aditivos más útiles es el vidrio. Las combinaciones de las polieterimidas termoplásticas con 10 a 40% en peso de refuerzo de fibra de vidrio son muy efectivas para aumentar la resistencia y el módulo, la resistencia al calor también aumenta ligeramente. El aumento de la rigidez se muestra en la figura 8.3, que compara el módulo versus la temperatura para una resina PEI basada en BPADA-MPD sin relleno y se mezcla con 10 y 30% de fibra de vidrio cortada. La adición de vidrio mejora tanto la resistencia a la tracción como a la flexión, al tiempo que aumenta la resistencia al impacto. La estabilidad dimensional de PEI, que es muy buena en el estado sin relleno (ordenado), es aún mejor con fibra de vidrio adicional.
Notas de Ingenieria
PEI
La resistencia al fuego y a altos voltajes del PEI lo hace ideal para las pinzas utilizadas para conectar circuitos impresos a las pantallas de vídeo utilizadas en aviones, tanques y barcos.
Polimerización PEI
Deriva de la molècula de N-fenil-4-nitroftalimida i la sal disòdica bifenol A. Para su obtención, se llevan a cabo diversas condensaciones y fusiones policondensades con una diamina aromática en un extrusor ventilado a temperaturas entre 200 y 290°C . La policondensación se acelera con el catalizador: NaCl o Fe2(SO4)3.
Mezclas
PEI forma mezclas miscibles con poliésteres como el tereftalato de polibutileno (PBT), tereftalato de polietileno (PET) y naftanoato de polietileno (PEN). Estas mezclas tienen una única Tg entre la del PEI y la del poliéster. En mezclas con poliésteres de cristalización más lentos, como PET y PEN, la cristalización se reduce y se pueden moldear composiciones transparentes de una fase. Dichas mezclas tienen un rendimiento térmico reducido en comparación con el polímero PEI base, pero mejoran el flujo de fusión, reducen el amarilleo y una resistencia al disolvente ligeramente mejor. Las combinaciones de PEI con policarbonato o carbonatos de poliéster producen una familia de sistemas opacos de dos fases que tienen una capacidad térmica reducida frente a PEI, pero muestran un impacto mejorado y un mejor flujo de fusión. La mezcla de PEI dominante tiene un módulo ligeramente más alto y retiene esa rigidez a una temperatura más alta, consistente con la fase continua de PEI. Las combinaciones de resinas de PEI con poliamidas (nylons) también producen mezclas separadas por fases con una morfología de partículas finas y buenas propiedades mecánicas, probablemente derivadas de la adhesión de fase entre las dos resinas en una microescala. Cuando la poliamida es la fase continua, el PEI actúa como un refuerzo procesable por fusión, mejorando la capacidad de calor bajo carga por encima de la Tg de nylon. El PEI también proporciona una mejor estabilidad dimensional debido a su reducción de contracción, así como a una menor absorción de agua en comparación con la poliamida.
Aplicaciones PEI
Los PEI son adecuadas para una amplia variedad de aplicaciones, como los utensilios para microondas, baterías de cocina, fuentes para mantener calientes los alimentos, bandejas para alimentos en restauración y electrodomésticos industriales y domésticos como dispensadoras de café, hornos a vapor y freidoras. Componentes en la electrotecnia, recipientes de porciones en la odontología, carcasas de bombas en la industria de víveres y en la construcción aeronáutica. PEI es tambien es adecuado para su uso en componentes internos de hornos de microondas, productos eléctricos y electrónicos, y aplicaciones automotrices, de electrodomésticos, aeroespaciales y de transporte. Los grados comerciales de PEI se utilizan en varios segmentos industriales, de los cuales los más importantes se revisan a continuación. La industria automotriz utiliza PEI principalmente en aplicaciones bajo el capó, donde se requiere resistencia mecánica a largo plazo y estabilidad dimensional a altas temperaturas de servicio en combinación con resistencia al aceite, la grasa, los frenos y los líquidos refrigerantes. Algunos ejemplos son carcasas de sensores, piezas de bombas de aceite, jaulas de cojinetes de bolas y cojinetes. PEI se puede metalizar fácilmente y, por lo tanto, se utiliza en reflectores de faros, especialmente en combinación con lámparas halógenas de alto consumo energético. La industria de la iluminación tiene requisitos similares a los mencionados anteriormente para los reflectores de los faros. Una característica especial de PEI es su transparencia IR. Por lo tanto, los reflectores PEI no pigmentados y sin relleno fabricados con la tecnología de capa dicroica desarrollada recientemente pueden producir luz "fría". El reflector no concentra el calor, sino que se difunde a través de él. Este principio es importante en los sistemas de iluminación empleados en quirófanos, exposiciones de arte, etc. La técnica de recubrimiento dicroico utiliza la refracción diferente de varias longitudes de onda en las interfaces y su dependencia del grosor de la capa para separar la parte IR y la parte visible de la luz emitida. La parte visible del espectro se refleja, mientras que la parte IR se difunde a través del PEI. Las industrias eléctrica y electrónica hacen uso de la resistencia intrínseca a la llama de PEI y sus excelentes propiedades dieléctricas. Es notable el desarrollo de estructuras de placa de circuito impreso moldeadas por inyección bidimensionales y tridimensionales donde el diseño permite la integración de la funcionalidad mecánica y de circuitos. Una técnica especial de metalizado recientemente desarrollada para PEI hace que esto sea aún más interesante [16]. Otras aplicaciones incluyen tableros de circuitos, conectores, interruptores y controles. La baja resistencia de seguimiento de PEI (índice de seguimiento comparativo = 145 V, según las normas IEC) lo hace inadecuado para piezas de alto voltaje que transportan corriente continua. Las polieterimidas también se utilizan en las industrias de procesamiento de alimentos y bebidas debido a su alta resistencia al calor, propiedades mecánicas favorables, buena resistencia química y capacidad de limpieza (esterilización) de líquidos de contacto, así como falta de toxicidad y efectos desventajosos en sabor y olor. Los grados PEI especialmente desarrollados cumplen con estos requisitos y han sido aprobados formalmente por la mayoría de las agencias de salud europeas (por ejemplo, Bundesgesundheitsamt en Alemania) y la FDA en los Estados Unidos. Las polieterimidas se utilizan en equipos de manipulación de líquidos, bombas, dispensadores de alta presión, cafeteras, utensilios de cocina, bandejas para microondas, platos y tazas, moldes para queso y moldes para hornear ligeros e irrompibles. La industria de procesamiento de alimentos se está convirtiendo en uno de los mercados de volumen más importantes para PEI. Las piezas de PEI también se utilizan en electrodomésticos, por ejemplo, depósitos de agua para planchas de vapor, secadores de pelo, puertas de hornos microondas y depósitos de cafeteras. El equipo médico a menudo tiene que esterilizarse y debe ser inerte a los fluidos corporales. Aquí, las piezas hechas de PEI tienen un buen rendimiento y pueden esterilizarse por todos los métodos convencionales (por ejemplo, uso de vapor, irradiación y productos químicos). La transparencia intrínseca del material también es ventajosa. Ejemplos de aplicaciones en el sector de equipos médicos incluyen grapadoras quirúrgicas y tanques de esterilización. La industria aeronáutica también está interesada en materiales que ofrezcan ahorros en costos y peso sin sacrificar la seguridad (especialmente en relación con problemas de inflamabilidad). Los componentes hechos de PEI con una fracción de alto volumen de fibras de vidrio u otra fibra de alto módulo proporcionan un excelente sustituto de las piezas de metal (especialmente de aluminio). La moldeabilidad por inyección de las resinas PEI permite la producción económica de piezas complejas y la integración multifuncional. Las láminas compuestas de alto rendimiento con PEI como resina aglutinante se utilizan en piezas estructurales monolíticas y laminadas, como tabiques interiores y elementos de suelo. Los conductos y las carcasas también están hechos de compuestos PEI. Los compuestos tienen una matriz termoplástica y se pueden termoformar fácilmente en formas complejas.
ASTM D5205 - 16 - Sistema de clasificación estándar y base para la especificación de materiales de polieterimida (PEI)
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| Propiedad | HIPS | ABS | PC | PPE | PAR | PSU | PES | PEI |
| Tg (°C) | <100 | — | 150 | 215 | 180 | 186 | 225 | 217 |
| Densidad (g/cm3) | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| Izod con muescas (J/m) | 220 | 200 | 905 | 65 | 220 | 80 | 75 | 53 |
| HDT a 1,8 MPa (°C) | 75 | 81 | 132 | 175 | 174 | 173 | 203 | 201 |
| Índice de oxígeno (%) | 18,00 | 18,00 | 25,00 | 29,00 | 34,00 | 30,00 | 38,00 | 48,0 |
| UL-94 | Burns | Burns | V-2 | V-2 | V-0 | V-2 | V-0 | V-0 |
| Módulo de tracción (MPa) | 1560 | 2280,0 | 2380 | 2690 | 2060 | 2480 | 2410 | 3590 |
| Resistencia a la tracción (MPa) | 15 | 43 | 69 | 80 | 66 | 70 | 82 | 110 |
| Resistencia química | – | – | – | – | – | – | + | + |