聚酯树脂：基础知识

编者注：此内容最初发布在 NetComposites.com 上。 NetComposites 于 2020 年 2 月被 CompositesWorld 的母公司 Gardner Business Media 收购。

聚酯树脂是应用最广泛的树脂体系，特别是在船舶工业中。到目前为止，大多数由复合材料制成的小艇、游艇和工作船都使用这种树脂系统。

诸如此类的聚酯树脂属于“不饱和”类型。不饱和聚酯树脂是一种热固性树脂，在合适的条件下能够从液态或固态固化。通常将不饱和聚酯树脂称为“聚酯树脂”，或简称为“聚酯”。由不同的酸、二醇和单体制成的聚酯种类繁多，都具有不同的特性。

有两种主要类型的聚酯树脂用作复合材料行业的标准层压系统。邻苯二甲酸聚酯树脂是许多人使用的标准经济树脂。间苯二甲酸聚酯树脂正成为船舶等行业的首选材​​料，在这些行业中，需要其卓越的防水性。

下图显示了典型聚酯的理想化学结构。注意分子链内酯基的位置 (CO – O – C) 和反应位点 (C* =C*)：

大多数聚酯树脂是粘稠的浅色液体，由聚酯在单体（通常是苯乙烯）中的溶液组成。添加高达 50% 的苯乙烯有助于通过降低树脂的粘度使树脂更易于处理。苯乙烯还通过“交联”聚酯的分子链，使树脂从液体固化为固体，而不会产生任何副产物，从而发挥重要作用。因此，这些树脂可以在不使用压力的情况下成型，被称为“接触”或“低压”树脂。聚酯树脂的储存寿命有限，因为它们会在很长一段时间内自行凝固或“凝胶化”。通常在树脂制造过程中添加少量抑制剂以减缓这种胶凝作用。

为了用于模塑，聚酯树脂需要添加多种辅助产品。这些产品一般是：

• 催化剂，
• 加速器，或
• 用于触变特性、颜料、填料或耐化学性/耐火性的添加剂。

制造商可以提供基本形式的树脂或已包含任何上述添加剂的树脂。树脂可以根据成型商的要求进行配制，只需在成型前添加催化剂即可。如前所述，只要有足够的时间，不饱和聚酯树脂就会自行固化。这种聚合速率对于实际目的来说太慢，因此使用催化剂和促进剂来在实际时间内实现树脂的聚合。在使用前不久将催化剂添加到树脂体系中以引发聚合反应。催化剂不参与化学反应，而只是激活该过程。将促进剂添加到催化树脂中以使反应能够在车间温度和/或以更高的速率进行。由于在没有催化剂的情况下促进剂对树脂的影响很小，有时聚酯制造商会将它们添加到树脂中以制造“预促进”树脂。

聚酯的分子链可以表示如下，其中“B”表示分子中的反应位点：

添加苯乙烯“S”并在催化剂存在下，苯乙烯在每个反应位点交联聚合物链，形成高度复杂的三维网络，如下所示：

聚酯树脂被称为“固化”。它现在是一种耐化学腐蚀的（通常是）坚硬的固体。交联或固化过程称为“聚合”。它是一种不可逆的化学反应。这种分子链交联的“并排”性质往往意味着聚酯层压板在施加冲击载荷时会变脆。

在成型前准备树脂混合物时需要非常小心。在加入催化剂之前，必须仔细搅拌树脂和任何添加剂，以将所有组分均匀分散。这种搅拌必须彻底和小心，因为任何进入树脂混合物的空气都会影响最终成型的质量。当与增强材料层层压时尤其如此，因为会在所得层压板内形成气泡，这会削弱结构。以仔细测量的量添加促进剂和催化剂以控制聚合反应以提供最佳材料性能也很重要。催化剂过多会导致凝胶时间过快，而催化剂过少会导致固化不足。

树脂混合物的着色可以用颜料进行。选择合适的颜料材料，即使只添加树脂重量的 3% 左右，也必须慎重考虑，因为使用不合适的颜料很容易影响固化反应并降低最终层压板的质量。

填充材料广泛用于聚酯树脂，原因有多种，包括：

• 为了降低成型成本，
• 促进成型过程，或
• 赋予模具特定的特性。

填料的添加量通常高达树脂重量的 50%，尽管这样的添加量会影响层压板的弯曲和拉伸强度。填料的使用有利于厚组件的层压或铸造，否则会发生相当大的放热。添加某些填料也有助于提高层压板的耐火性。

有关聚乙烯/乙烯基酯树脂的最新信息，请访问compositesworld.com/zones/poly-vinyl-esters。