聚酯树脂：复合材料应用核心指南
编者注：本文原发于NetComposites.com。NetComposites于2020年2月被CompositesWorld母公司Gardner Business Media收购。
聚酯树脂是应用最广泛的树脂体系，尤其在船舶工业。绝大多数复合材料小艇、游艇、工作艇均采用此体系。
核心分类与化学结构
此类聚酯树脂属“不饱和”型。不饱和聚酯树脂为热固性，在适当条件下可从液态或固态固化。习称“不饱和聚酯树脂”为“聚酯树脂”或“聚酯”。原料酸、二醇、单体不同，衍生出性能各异的聚酯族群。
复合材料行业标准层压体系主要用两类聚酯树脂：
- 邻苯二甲酸聚酯树脂：标准经济型，普及度高。
- 间苯二甲酸聚酯树脂：因优异耐水性，成船舶等行业首选。
下图展示典型聚酯理想化学结构，标注酯基（CO–O–C）与反应位点（C*=C*）位置：
树脂组成与固化机理
多数聚酯树脂为粘稠浅色液体，由聚酯溶于单体（通常苯乙烯）组成。最多50%苯乙烯降低粘度利于操作，更关键的是：苯乙烯通过“交联”聚酯分子链，使树脂从液态固化为固态，无副产物析出。因此可无压成型，称“接触模塑”或“低压”树脂。聚酯树脂储存寿命有限，长期自行凝胶；制造时常添加微量抑制剂延缓凝胶。
成型配方关键组分
模塑使用时需添加辅助产品：
- 催化剂
- 促进剂
- 触变剂、颜料、填料或耐化学/阻燃添加剂
厂家可供应基础树脂或预含上述添加剂的预配树脂，现场仅需加催化剂即可成型。单靠时间聚酯树脂虽能自固化，但聚合速度太慢，故需催化剂与促进剂在实用时限内完成聚合。催化剂使用前加入引发聚合，不参与化学反应仅激活过程。促进剂使催化树脂在车间温度下按更快速率反应；无催化剂时促进剂影响极小，故有时由厂家预加制成“预促进”树脂。
交联网络形成
聚酯分子链可表示为（B为反应位点）：
加入苯乙烯“S”，催化剂存在下，苯乙烯在各反应位点交联聚合物链，形成高度复杂三维网络：
聚酯树脂随之“固化”，成为耐化学（通常）硬质固体。交联/固化过程称“聚合”，为不可逆化学反应。分子链“并排”交联特性致使聚酯层压板在冲击载荷下易脆性断裂。
工艺实操要点
树脂配制
成型前树脂混合物制备至关重要：树脂与添加剂须充分搅拌均匀分散，然后加入催化剂。搅拌须彻底细致，混入气泡将影响最终成型质量，尤其叠层增强材料时气泡滞留层间削弱结构。催化剂与促进剂用量须精确计量，控制聚合反应获最佳性能。催化剂过量致凝胶过快，过少导致固化不全。
着色与填料
颜料着色通常按树脂重3%添加，但须审慎选型，避免干扰固化反应、降解最终层压板。填料广泛应用，目的：降低成型成本、改善工艺、赋予特定性能。填料添加量可达树脂重50%，但会影响屈曲与拉伸强度。厚件层压或浇铸时，填料可缓解剧烈放热；特定填料亦可提升阻燃性。
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