Resinas de poliéster: Guía esencial para aplicaciones en compuestos

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. La gran mayoría de lanchas, yates y barcos de trabajo construidos en compuestos hacen uso de este sistema de resina.

Las resinas de poliéster como estas son del tipo «insaturado». 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 insaturado como «resinas de poliéster», o simplemente como «poliésteres». Existe una amplia gama de poliésteres hechos de diferentes ácidos, glicoles y monómeros, todos con propiedades variables.

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

La figura siguiente muestra la estructura química idealizada de un poliéster típico. Observe 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 y 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 hacer la resina más manejable reduciendo su viscosidad. El estireno también realiza la función vital de permitir que la resina cure de líquido a sólido mediante «entrecruzamiento» de las cadenas moleculares del poliéster, sin la evolución de ningún subproducto. Estas resinas pueden moldearse sin el uso de presión y se llaman resinas de «contacto» o «baja presión». Las resinas de poliéster tienen una vida de almacenamiento limitada ya que se solidifican o «gelifican» por sí solas durante un largo período de tiempo. A menudo se añaden pequeñas cantidades de inhibidor durante la fabricación de la resina para ralentizar esta acción de gelificación.

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, pigmento, relleno o resistencia química/de fuego.

Un fabricante puede suministrar la resina en su forma básica o con cualquiera de los aditivos anteriores ya incluidos. Las resinas pueden formularse según los requisitos del moldeador, listas simplemente para la adición del catalizador antes del moldeo. Como se ha mencionado, dado suficiente tiempo, una resina de poliéster insaturado se solidificará por sí sola. Esta tasa de polimerización es demasiado lenta para fines prácticos y por eso se usan catalizadores y aceleradores para lograr la polimerización de la resina dentro de un período de tiempo práctico. Los catalizadores se añaden 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. Un acelerador se añade a la resina catalizada para permitir que la reacción proceda a temperatura de taller y/o a mayor velocidad. Dado que los aceleradores tienen poca influencia sobre la resina en ausencia de un catalizador, a veces se añaden a la resina por el fabricante de poliéster para crear una resina «pre-acelerada».

Las cadenas moleculares del poliéster pueden representarse 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 entrecruza las cadenas poliméricas en cada uno de los sitios reactivos para formar una red tridimensional altamente compleja como sigue:

La resina de poliéster se dice entonces que está «curada». Ahora es un sólido químicamente resistente (y generalmente) duro. El proceso de entrecruzamiento o curado se llama «polimerización». Es una reacción química no reversible. La naturaleza «lado a lado» de este entrecruzamiento de las cadenas moleculares tiende a significar que los laminados de poliéster sufren fragilidad cuando se aplican cargas de impacto.

Se necesita mucho cuidado en la preparación de la mezcla de resina antes del moldeo. La resina y cualquier aditivo deben removerse cuidadosamente para dispersar todos los componentes uniformemente antes de añadir el catalizador. Este removido debe ser exhaustivo y cuidadoso ya que cualquier aire introducido en la mezcla de resina afecta la calidad del moldeado final. Esto es especialmente cierto al laminar 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 añadir el acelerador y el catalizador en cantidades cuidadosamente medidas para controlar la reacción de polimerización y dar las mejores propiedades del material. Demasiado catalizador causará un tiempo de gelificación demasiado rápido, mientras que muy poco catalizador resultará en un curado insuficiente.

El coloreado de la mezcla de resina puede realizarse con pigmentos. La elección de un material pigmentario adecuado, aunque solo se añada alrededor del 3% en peso de resina, debe considerarse cuidadosamente ya que es fácil afectar la reacción de curado y degradar el laminado final por uso de pigmentos inadecuados.

Los materiales de relleno se usan extensamente con resinas de poliéster por una variedad de razones incluyendo:

• reducir el coste del moldeado,
• facilitar el proceso de moldeo, o
• impartir propiedades específicas al moldeado.

Los rellenos a menudo se añaden 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 rellenos puede ser beneficioso en el laminado o colado de componentes gruesos donde de otro modo ocurriría un calentamiento exotérmico considerable. La adición de ciertos rellenos también puede contribuir a aumentar la resistencia al fuego del laminado.

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