ポリエステル樹脂：基本

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ポリエステル樹脂は、特に海洋産業で最も広く使用されている樹脂システムです。複合材で作られたディンギー、ヨット、作業船の大部分は、この樹脂システムを利用しています。

このようなポリエステル樹脂は「不飽和」タイプです。不飽和ポリエステル樹脂は熱硬化性樹脂であり、適切な条件にさらされると液体または固体状態から硬化することができます。通常、不飽和ポリエステル樹脂は「ポリエステル樹脂」または単に「ポリエステル」と呼ばれます。さまざまな酸、グリコール、モノマーから作られたポリエステルの全範囲があり、すべてがさまざまな特性を持っています。

複合材料業界で標準的なラミネートシステムとして使用されるポリエステル樹脂には、2つの主要なタイプがあります。オルソフタル酸ポリエステル樹脂は、多くの人が使用する標準的な経済性樹脂です。イソフタル酸ポリエステル樹脂は、その優れた耐水性が望まれる海洋などの産業で現在好まれている材料になりつつあります。

下の図は、典型的なポリエステルの理想的な化学構造を示しています。分子鎖内のエステル基（CO – O – C）と反応性サイト（C * =C *）の位置に注意してください：

ほとんどのポリエステル樹脂は、通常はスチレンであるモノマーにポリエステルを溶かした溶液からなる、粘性のある淡い色の液体です。最大50％の量のスチレンの添加は、その粘度を下げることによって樹脂を扱いやすくするのに役立ちます。スチレンはまた、副生成物を発生させることなく、ポリエステルの分子鎖を「架橋」することにより、樹脂を液体から固体に硬化させるという重要な機能を果たします。したがって、これらの樹脂は圧力を使用せずに成形することができ、「接触」または「低圧」樹脂と呼ばれます。ポリエステル樹脂は、長期間にわたって自然に硬化または「ゲル化」するため、保管寿命が限られています。多くの場合、このゲル化作用を遅らせるために、樹脂の製造中に少量の抑制剤が添加されます。

成形に使用する場合、ポリエステル樹脂にはいくつかの補助製品を追加する必要があります。これらの製品は一般的に次のとおりです。

• 触媒、
• アクセラレータ、または
• チキソトロピー特性、顔料、フィラー、または耐薬品性/耐火性のための添加剤。

製造業者は、樹脂を基本的な形で、または上記の添加剤のいずれかがすでに含まれている状態で供給することができます。樹脂は、成形前に触媒を追加するだけで、成形業者の要件に合わせて配合できます。前述のように、十分な時間が与えられると、不飽和ポリエステル樹脂はそれ自体で硬化します。この重合速度は実用的な目的には遅すぎるため、触媒と促進剤を使用して、実用的な時間内に樹脂の重合を達成します。触媒は、重合反応を開始するために使用の直前に樹脂システムに追加されます。触媒は化学反応に関与せず、単にプロセスを活性化します。反応がワークショップ温度および/またはより速い速度で進行することを可能にするために、促進剤が触媒された樹脂に添加される。促進剤は、触媒がない場合は樹脂にほとんど影響を与えないため、ポリエステルメーカーが樹脂に添加して「事前に促進された」樹脂を作成することがあります。

ポリエステルの分子鎖は次のように表すことができます。ここで、「B」は分子内の反応性部位を示します。

スチレン「S」を添加し、触媒の存在下で、スチレンは各反応部位でポリマー鎖を架橋し、次のように非常に複雑な三次元ネットワークを形成します。

その場合、ポリエステル樹脂は「硬化」したと言われます。現在、化学的に耐性のある（そして通常は）硬い固体です。架橋または硬化プロセスは「重合」と呼ばれます。これは不可逆的な化学反応です。分子鎖のこの架橋の「並んだ」性質は、衝撃荷重が加えられたときにポリエステルラミネートが脆性に苦しむことを意味する傾向があります。

成形前の樹脂混合物の調製には細心の注意が必要です。触媒を添加する前に、樹脂と添加剤を注意深く攪拌して、すべての成分を均一に分散させる必要があります。樹脂混合物に導入された空気は最終成形品の品質に影響を与えるため、この攪拌は徹底的かつ注意深く行う必要があります。これは、構造を弱める可能性のある気泡が得られたラミネート内に形成される可能性があるため、補強材の層でラミネートする場合に特に当てはまります。最高の材料特性を得るために重合反応を制御するために、注意深く測定された量で促進剤と触媒を加えることも重要です。触媒が多すぎるとゲル化時間が早すぎますが、触媒が少なすぎると硬化が不十分になります。

樹脂混合物の着色は、顔料を使用して行うことができます。適切な顔料材料の選択は、樹脂重量が約3％で追加されたとしても、硬化反応に影響を与えやすく、不適切な顔料を使用すると最終的なラミネートを劣化させる可能性があるため、慎重に検討する必要があります。

フィラー材料は、次のようなさまざまな理由でポリエステル樹脂に広く使用されています。

• 成形コストを削減するために、
• 成形プロセスを容易にするため、または
• 成形品に特定の特性を与えるため。

フィラーは、樹脂重量の50％までの量で追加されることがよくありますが、そのような追加レベルは、ラミネートの曲げ強度と引張強度に影響します。フィラーの使用は、そうでなければかなりの発熱が発生する可能性がある厚い部品のラミネートまたは鋳造に有益である可能性があります。特定のフィラーを追加すると、ラミネートの耐火性も向上します。

ポリ/ビニルエステル樹脂の最新情報については、compositesworld.com / zones / poly-vinyl-estersにアクセスしてください。