Resinas Poliéster: Guia Essencial para Aplicações em Compósitos

Nota do editor: Este conteúdo foi publicado originalmente no NetComposites.com. O NetComposites foi adquirido pela empresa controladora da CompositesWorld, Gardner Business Media, em fevereiro de 2020.

As resinas poliéster são os sistemas de resina mais amplamente utilizados, particularmente na indústria naval. A grande maioria de botes, iates e barcos de trabalho construídos em compósitos faz uso deste sistema de resina.

Resinas poliéster como estas são do tipo "insaturado". A resina poliéster insaturada é um termofixo, capaz de ser curada de um estado líquido ou sólido quando submetida às condições certas. É usual referir-se a resinas poliéster insaturadas como "resinas poliéster", ou simplesmente como "poliésteres". Existe uma gama completa de poliésteres feitos de diferentes ácidos, glicóis e monômeros, todos com propriedades variadas.

Existem dois tipos principais de resina poliéster usados como sistemas de laminação padrão na indústria de compósitos. A resina poliéster ortoftálica é a resina econômica padrão usada por muitas pessoas. A resina poliéster isoftálica está se tornando o material preferido em indústrias como a naval, onde sua resistência superior à água é desejável.

A figura abaixo mostra a estrutura química idealizada de um poliéster típico. Note as posições dos grupos éster (CO – O – C) e os sítios reativos (C* = C*) dentro da cadeia molecular:

A maioria das resinas poliéster são líquidos viscosos, de cor pálida, consistindo de uma solução de um poliéster em um monômero que geralmente é estireno. A adição de estireno em quantidades de até 50% ajuda a tornar a resina mais fácil de manusear reduzindo sua viscosidade. O estireno também executa a função vital de permitir que a resina cure de líquido para sólido por "reticulação" das cadeias moleculares do poliéster, sem a evolução de quaisquer subprodutos. Estas resinas podem portanto ser moldadas sem o uso de pressão e são chamadas de resinas de "contato" ou "baixa pressão". Resinas poliéster têm vida de armazenamento limitada pois irão endurecer ou "gelificar" por conta própria ao longo de um longo período de tempo. Frequentemente pequenas quantidades de inibidor são adicionadas durante a fabricação da resina para retardar esta ação de gelificação.

Para uso em moldagem, uma resina poliéster requer a adição de vários produtos auxiliares. Estes produtos são geralmente:

• um catalisador,
• um acelerador, ou
• aditivos para propriedades tixotrópicas, pigmento, carga ou resistência química/fogo.

Um fabricante pode fornecer a resina em sua forma básica ou com qualquer dos aditivos acima já incluídos. Resinas podem ser formuladas para os requisitos do moldador prontas simplesmente para a adição do catalisador antes da moldagem. Como mencionado, dado tempo suficiente, uma resina poliéster insaturada endurecerá por si só. Esta taxa de polimerização é muito lenta para propósitos práticos e portanto catalisadores e aceleradores são usados para atingir a polimerização da resina dentro de um período de tempo prático. Catalisadores são adicionados ao sistema de resina pouco antes do uso para iniciar a reação de polimerização. O catalisador não participa da reação química mas simplesmente ativa o processo. Um acelerador é adicionado à resina catalisada para permitir que a reação prossiga a temperatura de oficina e/ou a uma taxa maior. Como aceleradores têm pouca influência na resina na ausência de um catalisador, eles às vezes são adicionados à resina pelo fabricante de poliéster para criar uma resina "pré-acelerada".

As cadeias moleculares do poliéster podem ser representadas como segue, onde "B" indica os sítios reativos na molécula:

Com a adição de estireno "S", e na presença de um catalisador, o estireno reticula as cadeias poliméricas em cada um dos sítios reativos para formar uma rede tridimensional altamente complexa como segue:

A resina poliéster é então dita "curada". Agora é um sólido quimicamente resistente (e geralmente) duro. O processo de reticulação ou cura é chamado de "polimerização". É uma reação química não reversível. A natureza "lado a lado" desta reticulação das cadeias moleculares tende a significar que laminados poliéster sofrem de fragilidade quando cargas de choque são aplicadas.

Grande cuidado é necessário na preparação da mistura de resina antes da moldagem. A resina e quaisquer aditivos devem ser cuidadosamente mexidos para dispersar todos os componentes uniformemente antes de adicionar o catalisador. Esta mistura deve ser completa e cuidadosa pois qualquer ar introduzido na mistura de resina afeta a qualidade da moldagem final. Isso é especialmente verdadeiro ao laminar com camadas de materiais de reforço pois bolhas de ar podem ser formadas dentro do laminado resultante o que pode enfraquecer a estrutura. Também é importante adicionar o acelerador e catalisador em quantidades cuidadosamente medidas para controlar a reação de polimerização para dar as melhores propriedades do material. Muito catalisador causará tempo de gelificação muito rápido, enquanto pouco catalisador resultará em subcura.

Colorir a mistura de resina pode ser feito com pigmentos. A escolha de um material pigmento adequado, mesmo sendo adicionado a cerca de 3% do peso da resina, deve ser cuidadosamente considerado pois é fácil afetar a reação de cura e degradar o laminado final pelo uso de pigmentos inadequados.

Materiais de carga são usados extensivamente com resinas poliéster por uma variedade de razões incluindo:

• reduzir o custo da moldagem,
• facilitar o processo de moldagem, ou
• conferir propriedades específicas à moldagem.

Cargas são frequentemente adicionadas em quantidades de até 50% do peso da resina, embora tais níveis de adição afetem a resistência à flexão e tração do laminado. O uso de cargas pode ser benéfico na laminação ou fundição de componentes espessos onde de outra forma calor exotérmico considerável pode ocorrer. Adição de certas cargas também pode contribuir para aumentar a resistência ao fogo do laminado.

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