Resinas de poliéster:conceptos básicos

Nota del editor:este contenido se publicó originalmente en NetComposites.com. NetComposites fue adquirida por la empresa matriz de CompositesWorld, Gardner Business Media, en febrero de 2020.

Las resinas de poliéster son los sistemas de resina más utilizados, particularmente en la industria marina. Con mucho, la mayoría de los botes, yates y barcos de trabajo construidos con materiales compuestos utilizan este sistema de resina.

Las resinas de poliéster como estas son del tipo "insaturadas". La resina de poliéster insaturado es un termoestable, capaz de curarse desde un estado líquido o sólido cuando se somete a las condiciones adecuadas. Es habitual referirse a las resinas de poliéster insaturadas como "resinas de poliéster" o simplemente como "poliésteres". Existe una amplia gama de poliésteres hechos de diferentes ácidos, glicoles y monómeros, todos con diferentes propiedades.

Hay dos tipos principales de resina de poliéster que se utilizan como sistemas de laminación estándar en la industria de los compuestos. La resina de poliéster ortoftálica es la resina económica estándar utilizada por muchas personas. La resina de poliéster isoftálico se está convirtiendo en el material preferido en industrias como la marina, donde es deseable su resistencia superior al agua.

La siguiente figura muestra la estructura química idealizada de un poliéster típico. Tenga en cuenta las posiciones de los grupos éster (CO - O - C) y los sitios reactivos (C * =C *) dentro de la cadena molecular:

La mayoría de las resinas de poliéster son líquidos viscosos de color pálido que consisten en una solución de un poliéster en un monómero que suele ser estireno. La adición de estireno en cantidades de hasta el 50% ayuda a que la resina sea más fácil de manipular al reducir su viscosidad. El estireno también realiza la función vital de permitir que la resina se cure de un líquido a un sólido mediante la “reticulación” de las cadenas moleculares del poliéster, sin la evolución de ningún subproducto. Por lo tanto, estas resinas se pueden moldear sin el uso de presión y se denominan resinas de "contacto" o "baja presión". Las resinas de poliéster tienen una vida útil limitada, ya que se solidifican o “gelifican” por sí solas durante un período prolongado. A menudo, se agregan pequeñas cantidades de inhibidor durante la fabricación de la resina para ralentizar esta acción gelificante.

Para su uso en moldeo, una resina de poliéster requiere la adición de varios productos auxiliares. Estos productos son generalmente:

• un catalizador,
• un acelerador, o
• aditivos para propiedades tixotrópicas, pigmentos, cargas o resistencia química / al fuego.

Un fabricante puede suministrar la resina en su forma básica o con cualquiera de los aditivos anteriores ya incluidos. Las resinas se pueden formular según los requisitos del moldeador listas simplemente para la adición del catalizador antes del moldeado. Como se ha mencionado, con suficiente tiempo, una resina de poliéster insaturado fraguará por sí misma. Esta velocidad de polimerización es demasiado lenta para fines prácticos y, por lo tanto, se utilizan catalizadores y aceleradores para lograr la polimerización de la resina en un período de tiempo práctico. Los catalizadores se agregan al sistema de resina poco antes de su uso para iniciar la reacción de polimerización. El catalizador no participa en la reacción química sino que simplemente activa el proceso. Se agrega un acelerador a la resina catalizada para permitir que la reacción se desarrolle a la temperatura del taller y / o a una velocidad mayor. Dado que los aceleradores tienen poca influencia sobre la resina en ausencia de un catalizador, el fabricante de poliéster a veces los agrega a la resina para crear una resina "preacelerada".

Las cadenas moleculares del poliéster se pueden representar de la siguiente manera, donde "B" indica los sitios reactivos en la molécula:

Con la adición de estireno "S" y en presencia de un catalizador, el estireno reticula las cadenas del polímero en cada uno de los sitios reactivos para formar una red tridimensional altamente compleja de la siguiente manera:

Entonces se dice que la resina de poliéster está "curada". Ahora es un sólido duro químicamente resistente (y generalmente). El proceso de reticulación o curado se denomina "polimerización". Es una reacción química irreversible. La naturaleza de "lado a lado" de esta reticulación de las cadenas moleculares tiende a significar que los laminados de poliéster sufren fragilidad cuando se aplican cargas de impacto.

Es necesario tener mucho cuidado en la preparación de la mezcla de resina antes del moldeado. La resina y cualquier aditivo deben agitarse cuidadosamente para dispersar todos los componentes de manera uniforme antes de agregar el catalizador. Esta agitación debe ser minuciosa y cuidadosa, ya que el aire introducido en la mezcla de resina afecta la calidad del molde final. Esto es especialmente así cuando se lamina con capas de materiales de refuerzo, ya que se pueden formar burbujas de aire dentro del laminado resultante que pueden debilitar la estructura. También es importante agregar el acelerador y el catalizador en cantidades cuidadosamente medidas para controlar la reacción de polimerización y obtener las mejores propiedades del material. Demasiado catalizador provocará un tiempo de gelificación demasiado rápido, mientras que muy poco catalizador dará como resultado un curado insuficiente.

La coloración de la mezcla de resina se puede realizar con pigmentos. La elección de un material de pigmento adecuado, aunque solo se agregue aproximadamente al 3% del peso de resina, debe considerarse cuidadosamente, ya que es fácil afectar la reacción de curado y degradar el laminado final mediante el uso de pigmentos inadecuados.

Los materiales de relleno se utilizan ampliamente con resinas de poliéster por una variedad de razones que incluyen:

• para reducir el costo de la moldura,
• para facilitar el proceso de moldeo, o
• para impartir propiedades específicas a la moldura.

Los rellenos a menudo se agregan en cantidades de hasta el 50% del peso de la resina, aunque tales niveles de adición afectarán la resistencia a la flexión y tracción del laminado. El uso de cargas puede ser beneficioso en el laminado o colado de componentes gruesos donde, de lo contrario, puede producirse un calentamiento exotérmico considerable. La adición de ciertos materiales de relleno también puede contribuir a aumentar la resistencia al fuego del laminado.

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