Полиэфирные смолы:основы

Примечание редактора. Этот контент изначально был опубликован на NetComposites.com. NetComposites была приобретена материнской компанией CompositesWorld, Gardner Business Media, в феврале 2020 года.

Полиэфирные смолы - это наиболее широко используемые системы смол, особенно в морской промышленности. Безусловно, большинство лодок, яхт и катеров, построенных из композитных материалов, используют эту систему смол.

Подобные полиэфирные смолы относятся к «ненасыщенному» типу. Ненасыщенная полиэфирная смола - это термореактивная смола, способная отверждаться из жидкого или твердого состояния при соблюдении правильных условий. Ненасыщенные полиэфирные смолы обычно называют «полиэфирными смолами» или просто «полиэфирами». Существует целый ряд сложных полиэфиров, состоящих из различных кислот, гликолей и мономеров, каждый из которых имеет разные свойства.

Существует два основных типа полиэфирных смол, используемых в качестве стандартных систем ламинирования в композитной промышленности. Ортофталевая полиэфирная смола - это стандартная экономичная смола, используемая многими людьми. Изофталевая полиэфирная смола в настоящее время становится предпочтительным материалом в таких отраслях промышленности, как морская промышленность, где желательна ее превосходная водостойкость.

На рисунке ниже показана идеализированная химическая структура типичного полиэстера. Обратите внимание на положения сложноэфирных групп (CO - O - C) и реакционных центров (C * =C *) в молекулярной цепи:

Большинство полиэфирных смол представляют собой вязкие жидкости бледного цвета, состоящие из раствора полиэфира в мономере, которым обычно является стирол. Добавление стирола в количестве до 50% помогает облегчить обращение со смолой за счет снижения ее вязкости. Стирол также выполняет жизненно важную функцию, позволяя смоле превращаться из жидкости в твердое тело путем «сшивания» молекулярных цепей полиэфира без выделения каких-либо побочных продуктов. Таким образом, эти смолы можно формовать без использования давления, и они называются «контактными» смолами или смолами «низкого давления». Полиэфирные смолы имеют ограниченный срок хранения, поскольку они затвердевают или «гелеобразуются» сами по себе в течение длительного периода времени. Часто при производстве смолы добавляются небольшие количества ингибитора, чтобы замедлить гелеобразование.

Для использования в формовании полиэфирная смола требует добавления нескольких вспомогательных продуктов. Эти продукты обычно:

• катализатор,
• ускоритель или
• добавки для улучшения тиксотропных свойств, пигментов, наполнителей или химической / огнестойкости.

Производитель может поставлять смолу в ее основной форме или с любыми из вышеперечисленных добавок, которые уже включены. Смолы могут быть составлены в соответствии с требованиями формовщика и готовы к простому добавлению катализатора перед формованием. Как уже упоминалось, по прошествии достаточного времени ненасыщенная полиэфирная смола затвердеет сама по себе. Эта скорость полимеризации слишком мала для практических целей, и поэтому катализаторы и ускорители используются для достижения полимеризации смолы в течение практического периода времени. Катализаторы добавляют в систему смол незадолго до использования для инициирования реакции полимеризации. Катализатор не участвует в химической реакции, а просто активирует процесс. К катализируемой смоле добавляют ускоритель, чтобы реакция могла протекать при температуре в цеху и / или с большей скоростью. Поскольку ускорители мало влияют на смолу в отсутствие катализатора, они иногда добавляются к смоле производителем полиэфира для создания «предварительно ускоренной» смолы.

Молекулярные цепи полиэфира могут быть представлены следующим образом, где «B» указывает реактивные участки в молекуле:

С добавлением стирола «S» и в присутствии катализатора стирол сшивает полимерные цепи в каждом из реакционных центров с образованием очень сложной трехмерной сетки следующим образом:

О полиэфирной смоле говорят, что она «затвердела». Теперь это химически стойкое (и обычно) твердое вещество. Процесс сшивки или отверждения называется «полимеризацией». Это необратимая химическая реакция. "Бок-о-бок" природа этого сшивания молекулярных цепей, как правило, означает, что ламинаты из сложного полиэфира страдают хрупкостью при приложении ударных нагрузок.

При приготовлении смеси смол перед формованием требуется большая осторожность. Перед добавлением катализатора смолу и любые добавки необходимо тщательно перемешать для равномерного распределения всех компонентов. Это перемешивание должно быть тщательным и осторожным, поскольку любой воздух, попадающий в смесь смол, влияет на качество окончательного формования. Это особенно важно при ламинировании слоями армирующих материалов, поскольку внутри получаемого ламината могут образовываться пузырьки воздуха, которые могут ослабить структуру. Также важно добавлять ускоритель и катализатор в тщательно отмеренных количествах, чтобы контролировать реакцию полимеризации и обеспечивать наилучшие свойства материала. Слишком большое количество катализатора приведет к слишком быстрому гелеобразованию, тогда как слишком мало катализатора приведет к недостаточному отверждению.

Окрашивание смеси смол можно проводить пигментами. Выбор подходящего пигментного материала, даже если он добавлен в количестве около 3% от веса смолы, должен быть тщательно продуман, поскольку использование неподходящих пигментов легко повлияет на реакцию отверждения и ухудшит качество конечного ламината.

Наполнители широко используются с полиэфирными смолами по разным причинам, в том числе:

• для снижения стоимости формовки,
• для облегчения процесса формования или
• для придания лепке определенных свойств.

Наполнители часто добавляют в количестве до 50% от веса смолы, хотя такие уровни добавления будут влиять на прочность ламината на изгиб и растяжение. Использование наполнителей может быть выгодным при ламинировании или отливке толстых компонентов, где в противном случае может происходить значительный экзотермический нагрев. Добавление определенных наполнителей также может способствовать повышению огнестойкости ламината.

Последние новости о поли / винилэфирных смолах можно найти на сайте compositesworld.com/zones/poly-vinyl-esters.