Polyesterharsen:de basis

Noot van de redactie:deze inhoud is oorspronkelijk gepubliceerd op NetComposites.com. NetComposites werd in februari 2020 overgenomen door het moederbedrijf van CompositesWorld, Gardner Business Media.

Polyesterharsen zijn de meest gebruikte harssystemen, vooral in de scheepvaartindustrie. Veruit de meeste rubberboten, jachten en werkboten die in composieten zijn gebouwd, maken gebruik van dit harssysteem.

Dergelijke polyesterharsen zijn van het "onverzadigde" type. Onverzadigde polyesterhars is een thermohardende hars die onder de juiste omstandigheden kan worden uitgehard vanuit een vloeibare of vaste toestand. Het is gebruikelijk om naar onverzadigde polyesterharsen te verwijzen als "polyesterharsen", of gewoon als "polyesters". Er is een hele reeks polyesters gemaakt van verschillende zuren, glycolen en monomeren, allemaal met verschillende eigenschappen.

Er zijn twee hoofdtypen polyesterhars die als standaard lamineersystemen in de composietindustrie worden gebruikt. Orthoftaal polyesterhars is de standaard economische hars die door veel mensen wordt gebruikt. Isoftaal polyesterhars wordt nu het voorkeursmateriaal in industrieën zoals de scheepvaart, waar de superieure waterbestendigheid wenselijk is.

De onderstaande figuur toont de geïdealiseerde chemische structuur van een typische polyester. Let op de posities van de estergroepen (CO – O – C) en de reactieve plaatsen (C* =C*) binnen de moleculaire keten:

De meeste polyesterharsen zijn stroperige, lichtgekleurde vloeistoffen die bestaan ​​uit een oplossing van een polyester in een monomeer dat gewoonlijk styreen is. De toevoeging van styreen in hoeveelheden tot 50% helpt de hars gemakkelijker te hanteren te maken door de viscositeit te verlagen. Het styreen vervult ook de vitale functie om de hars in staat te stellen uit te harden van een vloeistof naar een vaste stof door de moleculaire ketens van de polyester te "verknopen", zonder de ontwikkeling van enige bijproducten. Deze harsen kunnen daarom worden gegoten zonder het gebruik van druk en worden "contact" of "lagedruk" harsen genoemd. Polyesterharsen hebben een beperkte houdbaarheid omdat ze gedurende een lange periode vanzelf uitharden of "gelen". Vaak worden tijdens de harsproductie kleine hoeveelheden remmer toegevoegd om deze gelering te vertragen.

Voor gebruik bij het gieten vereist een polyesterhars de toevoeging van verschillende hulpproducten. Deze producten zijn over het algemeen:

• een katalysator,
• een versneller, of
• additieven voor thixotrope eigenschappen, pigment, vulmiddel of chemische/brandbestendigheid.

Een fabrikant kan de hars leveren in zijn basisvorm of met een van de bovengenoemde additieven die al zijn inbegrepen. Harsen kunnen worden geformuleerd volgens de vereisten van de vormer, eenvoudig voor de toevoeging van de katalysator voorafgaand aan het vormen. Zoals gezegd, zal een onverzadigde polyesterhars bij voldoende tijd vanzelf uitharden. Deze polymerisatiesnelheid is te laag voor praktische doeleinden en daarom worden katalysatoren en versnellers gebruikt om de polymerisatie van de hars binnen een praktische tijdsperiode te bereiken. Katalysatoren worden kort voor gebruik aan het harssysteem toegevoegd om de polymerisatiereactie te starten. De katalysator neemt niet deel aan de chemische reactie, maar activeert eenvoudig het proces. Aan de gekatalyseerde hars wordt een versneller toegevoegd om de reactie bij werkplaatstemperatuur en/of met een hogere snelheid te laten verlopen. Omdat versnellers weinig invloed hebben op de hars bij afwezigheid van een katalysator, worden ze soms door de polyesterfabrikant aan de hars toegevoegd om een ​​"voorversnelde" hars te creëren.

De molecuulketens van de polyester kunnen als volgt worden weergegeven, waarbij "B" de reactieve plaatsen in het molecuul aangeeft:

Met de toevoeging van styreen "S" en in aanwezigheid van een katalysator, verknoopt het styreen de polymeerketens op elk van de reactieve plaatsen om als volgt een zeer complex driedimensionaal netwerk te vormen:

Men zegt dan dat de polyesterhars "uitgehard" is. Het is nu een chemisch resistente (en meestal) harde vaste stof. Het verknopings- of uithardingsproces wordt "polymerisatie" genoemd. Het is een niet-omkeerbare chemische reactie. De "zij-aan-zij"-aard van deze verknoping van de moleculaire ketens heeft de neiging te betekenen dat polyesterlaminaten broos worden wanneer schokbelastingen worden toegepast.

Grote zorg is nodig bij de voorbereiding van het harsmengsel voorafgaand aan het vormen. De hars en eventuele additieven moeten zorgvuldig worden geroerd om alle componenten gelijkmatig te dispergeren voordat de katalysator wordt toegevoegd. Dit roeren moet grondig en voorzichtig zijn, aangezien lucht die in het harsmengsel wordt gebracht de kwaliteit van het uiteindelijke vormstuk beïnvloedt. Dit is met name het geval bij het lamineren met lagen versterkende materialen, aangezien er luchtbellen kunnen worden gevormd in het resulterende laminaat die de structuur kunnen verzwakken. Het is ook belangrijk om de versneller en de katalysator in nauwkeurig afgemeten hoeveelheden toe te voegen om de polymerisatiereactie te beheersen en de beste materiaaleigenschappen te verkrijgen. Te veel katalysator zal een te snelle geleringstijd veroorzaken, terwijl te weinig katalysator zal leiden tot onderuitharding.

Het kleuren van het harsmengsel kan worden uitgevoerd met pigmenten. De keuze van een geschikt pigmentmateriaal, ook al is er slechts ongeveer 3% harsgewicht toegevoegd, moet zorgvuldig worden overwogen, aangezien het gemakkelijk de uithardingsreactie kan beïnvloeden en het uiteindelijke laminaat kan aantasten door het gebruik van ongeschikte pigmenten.

Opvulmaterialen worden om verschillende redenen veelvuldig gebruikt met polyesterharsen, waaronder:

• om de kosten van het gieten te verlagen,
• om het gietproces te vergemakkelijken, of
• om specifieke eigenschappen aan het vormstuk te geven.

Vulstoffen worden vaak toegevoegd in hoeveelheden tot 50% van het harsgewicht, hoewel dergelijke toevoegingen de buig- en treksterkte van het laminaat zullen beïnvloeden. Het gebruik van vulstoffen kan gunstig zijn bij het lamineren of gieten van dikke componenten waar anders aanzienlijke exotherme verhitting kan optreden. Toevoeging van bepaalde vulstoffen kan ook bijdragen aan het verhogen van de brandwerendheid van het laminaat.

Ga voor het laatste nieuws over poly-/vinylesterharsen naar compositesworld.com/zones/poly-vinyl-esters.