Полиэфирная смола: свойства, виды, применение

Полиэфирные смолы —  самый универсальный синтетический полимер. Наиболее широко используемый тип смол в морской и автомобильной промышленности. Занимает около 75% рынка стекловолоконных композитов и лакокрасочной продукции.

Полиэфирная смола — что это?

Это полимер. Экономичный, простой в использовании. Является основным компонентом во многих рыночных отраслях, от строительной до аэрокосмической. Сравнительно дешёвая на фоне эпоксидных смол и уретанов, но во многих случаях показывает аналогичные или превосходящие характеристики.

Преимущество полиэфирной смолы перед другими — баланс цены и функциональных характеристик (механических, химических, электрических).

Срок хранения полиэфиров ограничен одним годом. При длительном хранении смола желтеет и превращается в гель. Но процесс желатинизации можно замедлить, добавляя специальные ингибиторы.

Свойства и характеристики

Большинство полиэфирных смол — прозрачные вязкие жидкости, раствор полиэфира в стироле (или других мономерах). Стирола занимает до 35-50% объёма. Снижает вязкость смолы, делая её текучей, пригодной для литья или нанесения на поверхность кисточкой/валиком.

В чистом виде инертная. Реакцию запускает катализатор — химический отвердитель для полиэфирной смолы

Основные физические свойства материала:

Свойство	Единицы
Температура расплава	До 260°С
Прочность на растяжение (30% армирование волокном)	152 МПа
Прочность на изгиб (30% армирование волокном)	110 МПа
Скорость усадки	0,1-0,3%
Удельный вес	1,56
Усадка при отверждении	4-8%

Свойства, показанные в таблице — обобщённые. Используя различные добавки, каждый отдельный производитель получает собственный продукт с уникальным набором свойств.

Немодифицированные полиэфирные смолы устойчивы к щелочам, кислотам, маслам, жирами и спиртам. Реагируют с ароматическими и галогенуглеводородами (хлорэтан, хлорметан и пр.). Чистый качественный полимер можно отличить даже по внешнему виду. Самая ценная — прозрачная полиэфирная смола или со слабым бледно-жёлтым оттенком.

Производство полиэфирных смол

Полимерные смолы получают промышленным методом конденсации. Поэтому другое их название — конденсационные полимеры. Есть несколько типов химических реакций, способных дать нужный результат. На современных производствах в основном используют такой набор реагентов:

• гликоли (например, этиленгликоль)
• кислоты (фталевая или малеиновая)

Побочный продукт изготовления полиэфирной смолы — вода или метанол. Сторонние летучие жидкости постепенно удаляют, пока на дне реакторов не осядет чистая жидкая смола.

На рынке чаще всего встречаются полиэфирные смолы двух составов:

• ортофталевая (орто);
• изофталевая (изо).

Ортофталевые смолы состоят в основном из ортофталевой кислоты и занимают низший ценовой сегмент. Содержат 35-45% стирола. Используется там, где нет повышенных требований к жаропрочности, коррозионной стойкости или механической прочности.

На изофталевой основе получается термостойкая конструкционная полиэфирная смола с содержанием стирола до 42-50%. Занимает средний и премиальный сегмент. Стойкая к коррозии, жаропрочная. Максимальная температура полиэфирной смолы такого типа — до 150-240 °C.

Преимущества и недостатки

Полиэфирная смола — наиболее используемый полимер в промышленности. В основном из-за сравнительно невысокой стоимости и простой технологии получения.

Важный момент: в отличие от эпоксидных, виниловых и уретановых, большинство полиэфирных смол при отверждении создают липкую поверхность. Это обеспечивает сильную адгезию между слоями с последующим их «холодным» сшиванием на молекулярном уровне.

Это огромный плюс в таких процессах, как ламинирование или когда требуется заливка в несколько подходов. Слои между заливками не нужно шлифовать или вскрывать грунтом. По этой же причине, производство композитов тоже упрощается. Стекломат и полиэфирная смола созданы друг для друга. Даже более дорогие уретаны и эпоксидка не могут заменить её в судостроении, автомобильной и других отраслях промышленности.

Общие преимущества полиэфирной смолы:

• недорогая;
• умеренно влагостойкая;
• химически инертная;
• устойчивая к ультрафиолету;
• не стареет;
• выдерживают температуру 80-240 °C;
• хорошо держит армирующий материал.

Еще одно важное преимущество полиэфирной смолы — предсказуемая скорость отверждения. Этот параметр регулируется количеством катализатора в составе. Позволяет реализовывать крупные проекты (например, лодки, яхты) не боясь, что смола высохнет быстрее, чем будет нанесён армирующий слой.

Теперь о недостатках.

Общие недостатки полиэфирной смолы:

• испаряет вредный стирол;
• труднее смешивать, чем другие смолы — требует более точного расчёта количества катализатора;
• надёжно склеивает не все виды оснований;
• прочность сцепления с базовой поверхностью ниже, чем у эпоксидной смолы;
• более склонна к микротрещинам, чем эпоксидная смола.

Полиэфирная смола — умеренно токсичная. Имеет сильный неприятный запах, который исходит от содержащегося в ней стирола.

Важно! Использовать полиэфирную смолу можно только в просторных, хорошо проветриваемых помещениях. В ином случае нужны респираторы с фильтром, чтобы защитить глаза и органы дыхания. Также рекомендуется носить перчатки и спецодежду, чтобы избежать контакта с кожей.

Усадка полиэфиров выше, чем у эпоксидных смол. Следовательно, чем объёмнее отливка, тем сильнее усадка. Поэтому в чистом виде без армирования или наполнителя полиэфирная смола для заливки используется реже, чем эпоксидная.

Виды

Наиболее распространённая и широко применяемая форма — ненасыщенный полиэфир. Существует также насыщенная форма, которая тоже занимает устойчивую нишу на рынке.

Насыщенные

Насыщенная полиэфирная смола — это полимер без двойных или тройных связей в основной углеродной цепи. Чтобы получить насыщенную форму, используют стандартную реакцию, но с избытком гликоля.

Преимущества готового продукта:

• устойчив ко влаге;
• не подвергается коррозии;
• прочный и одновременно эластичный.

Насыщенная полиэфирная смола после завершения реакции принимает форму кристаллов, из которых делают порошок или гранулы разной величины. Это базовое сырьё для производства различных товаров. Например, из сухих гранул делают листовые или рулонные покрытия, упаковку. Смешивая гранулы с растворами, получают грунтовки и краски, жидкие полимерные покрытия не содержащие растворителей.

Самое ценное свойство насыщенных полиэфиров — повышенная адгезия к металлам.

Следовательно, нет необходимости в использовании грунтовочного слоя для приклеивания смолы к последующим слоям или основанию. Покрытия из насыщенных полиэфирных смол демонстрируют более высокую эластичность, ударопрочность, стойкость к растрескиванию в сравнении с ненасыщенными полиэфирными смолами, которые после отверждения в массиве становятся хрупкими.

Ненасыщенные

Представляет собой жидкий полимер, который перед использованием нужно активировать. После отверждения навсегда принимает устойчивую форму.

К основным характеристикам ненасыщенных полиэфирных смол относятся:

• повышенная текучесть;
• малая линейная усадка;
• отличная смачиваемость волокон и другого наполнителя;
• «холодное» сшивание с добавлением отвердителя;
• тиксотропность.

Дополнительные свойства после армирования:

• легкость;
• упругость;
• повышенная прочность на излом и растяжение (отношение прочности к весу выше, чем у стали);
• гидрофобность.

Ненасыщенные полиэфирные смолы в основном используются в сочетании с армирующими материалами, такими как стекловолокно. Это повышает прочность и компенсирует изначальную хрупкость. Добавляя минеральные порошки или гранулы различной фракции, можно получить изделия из полиэфирной смолы, имитирующие натуральный камень, дерево или другой материал.

Отличия

Несмотря на очень похожие формулы (насыщенные полиэфиры не имеют двойных/тройных связей в молекулярной цепи, тогда как у ненасыщенных они встречаются), на выходе получаются материалы с разными свойствами.

• Ненасыщенная форма — жидкая, твердеет при добавлении катализатора, становясь прочной, но хрупкой.
• Насыщенная форма — принимает форму твёрдых кристаллов, обладает термопластичными свойствами (плавится и твердеет обратно без потери свойств).

Исходя из различий видим, что насыщенные смолы в основном используются для производства различных покрытий. Ненасыщенные больше полезны в производстве компаунда для объемного формования и производства композитов.

Сферы применения

Полиэфиры занимают около 75% рынка полимерных смол. Используются в самых разных отраслях промышленности. От строительной до аэрокосмической.

Ненасыщенные смолы наиболее часто используют для производства таких материалов:

• композиты;
• отделочные материалы (ламинат, стеновые панели и т. д.);
• гелькоуты для лодок, автомобилей и сантехники;
• шпатлевки, штукатурки, химические анкера;
• искусственный цемент, камень.

Из насыщенных полиэфирных смол в основном делают покрытия, не содержащие растворителей.

Например:

• грунтовки;
• автомобильные, яхтенные, фасадные, промышленные краски;
• порошковые покрытия;
• полимерные покрытия для банок и других упаковок.

Благодаря влагостойкости, эластичности, повышенной ударной вязкости и адгезии к металлам (даже во влажных условиях) насыщенные полиэфирные смолы предпочтительны для изготовления разного вида наружных и внутренних покрытий. Например, для литья в формах.

Лучшие производители

Из доступных на российском рынке лучшими по соотношению цена/качество являются:

Reoflex. Полиэфирная смола для заливки столешниц, изготовления автомобильных грунтовок и шпаклевок. Ортофталевая основа с пониженным содержанием стирола.

Новол (Novol). Универсальная Полиэфирная смола для авто. Основная область применения — заделывание дыр, трещин; усиление частей корпуса. Ремонта прицепов и кузовов.

Eskim. Литьевая полиэфирная смола. Отличается повышенной текучестью. За счёт этого хорошо принимает различные наполнители, например: мел, цемент, гипс, тальк, волокно. Подходит для ламинирования, изготовления наливных полов.

Другие производители, заслуживающие внимания: Nuplex, EPS, DSM, Reichhold, Cytec.

Что лучше: эпоксидная или полиэфирная смола?

Какой вид смолы выбрать, зависит от выполняемой работы. Полиэфирная смола отлично подходит для производства стекловолоконных композитов — например, при строительстве лодки или деталей фюзеляжа для беспилотников или лёгких самолётов. Полиэфирная смола незаменима при ламинировании — она не полностью отверждается на воздухе, поэтому каждый новый слой соединяется с предыдущим на молекулярном уровне. В итоге получается намертво спаянный монолит.

Другой важный момент — усадка. У полиэфирной смолы она составляет примерно 4-8%. У эпоксидной — 0,3-2,5%.

Когда нужно заливать в форму — полиэфирные смолы проигрывают эпоксидным. Как правило, прочность на растяжение застывшей полиэфирной смолы без армирования примерно на 20% ниже, чем у эпоксидной. Поэтому ремонт — полиэфирной смолой, а отливки — эпоксидной.

Общая таблица применений:

Применение полиэфирной смолы	Применение эпоксидной смолы
Детали для самолетов, яхт, лодок, автомобилей	Термостойкие клеевые составы
Тонер в лазерной печати,  филамент для 3Д принтера	Безопасные, химически инертные покрытия для пола, стен, рабочих поверхностей
Ламинирование	Защитные составы для дерева, камня
Создание небольших украшений, элементов декора	Создание массивных отливок

Полиэфирная смола и эпоксидка схожие материалы, с разными свойствами. Каждый обладает своим набором преимуществ, которые раскрываются в конкретных условиях. Поэтому для качественного результата нужно выбирать правильную смолу, исходя из технического задания.

Инструкция по применению

Теперь, когда вы ознакомились с характеристиками и свойствами смолы, нужно научиться правильно её применять.

Разведение и использование

Перед использованием смолу нужно смешать с отвердителем в определённой пропорции, чтобы получить нужную консистенцию и контролируемое время отверждения. На упаковке указано, в каких пропорциях мешать и сколько сохнет полиэфирная смола в зависимости от объёма и способа нанесения.

Чтобы замешать смолу, действуйте по такому алгоритму:

• налейте точное количество смолы, которое понадобится для работы, в пластиковый стаканчик;
• добавьте отвердитель, тщательно соблюдая пропорции, и перемешайте палочкой (сколько лить отвердителя, читайте в инструкции);
• нанесите смолу на заготовку/залейте в форму;
• дайте ей высохнуть в течение периода времени, рекомендованного производителем.

Финишная отделка тоже выполняется в соответствии с инструкцией производителя.

Безопасность

Как и в случае с любым другим химическим веществом, важно соблюдать технику безопасности. Есть несколько факторов риска:

Смола. Жидкие смолы — слабый или умеренный раздражитель кожи, глаз и слизистых оболочек. Раздражающий потенциал увеличивается из-за их «липкой» природы. Частички смолы липнут к кожному покрову, вызывая онемение, сухость, зуд. Представляют опасность для аллергиков.

Сухие насыщенные смолы не впитываются в кожу, но могут попадать в глаза или дыхательные пути.

Отвердитель. Амины являются наиболее широко используемыми отвердителями для полиэфирных смол. Их испарения могут вызывать раздражение кожи, покраснение глаз, затруднённое дыхание. Некоторые ароматические амины могут всасываться через кожу и вызывать повреждение печени, нарушают способность крови переносить кислород.

Контроль за рабочим местом

Состоит из трех основных составляющих:

• вентиляция;
• средства индивидуальной защиты и одежда;
• общая аккуратность.

Средства индивидуальной защиты:

Защита глаз. Очками с боковыми щитками, химические очки, лицевые щитки.

Перчатки. Выбираются для конкретной рабочей ситуации, меняются по мере износа.

Химически стойкая одежда. Для предотвращения контакта с кожей.

Респираторы. Могут потребоваться там, где есть повышенное содержание растворителей в воздухе, например, в условиях закрытого помещения без нормальной вентиляции.

Также важно соблюдать правила личной гигиены — надлежащее хранение инвентаря и рабочей одежды, своевременная стирка и починка униформы, использование раздельных помещений для работы и отдыха/приема пищи/курения.

Хранение

Правильное хранение обеспечит долгую счастливую жизнь вашей смолы. Вот несколько советов, как сохранить её пригодной для использования как можно дольше.

1. Хранить в оригинальной упаковке в вертикальном положении.

2. Держать в прохладном темном месте, защищать от прямых солнечных лучей.

3. Избегать перепадов температуры, например, хранить в холодильнике, а не в гараже, на чердаке.

4. Делать пометки с датой покупки/последнего использования.

5. Храните смолу в герметичных ёмкостях, обматывая несколькими слоями полиэтилена.

Ознакомьтесь со сроком годности продукта. Покупайте только то количество смолы, которое вы можете с комфортом использовать в течение половины  указанного срока. По достижении этой отметки, характеристики смолы будут неизменно ухудшаться.