Polyester Reçineler ve Kompozit Sanayinde Kullanımı

Polyester reçineler, başta denizcilik ve otomotiv endüstrisi olmak üzere kompozit sektöründe en yaygın şekilde kullanılan reçinelerdir. Kompozit malzemelerle yapılan çoğu yelkenli tekne, yat ve botlar bu reçine sistemi kullanılarak imal edilmektedir. Bu tür reçineler doymamış olup, kompozit endüstrisinde kullanılan toplam reçinenin yaklaşık %75’ini oluşturmaktadır. Doymamış polyester reçine, uygun koşullara maruz kaldığında sıvı veya katı durumdan sertleşebilen termoset bir malzemedir. Genellikle doymamış polyester reçineler basitçe “polyesterler” olarak adlandırılır. Farklı asitler, glikoller ve monomerlerden yapılmış, ortoftalik tipi doymamış reçine, izofitalik reçine, vinilester reçine gibi polyester reçine türleri bulunur ve bu türlerin hepsinin farklı özellikleri vardır.

Kimyasal açıdan çok geniş bir aile olan bu reçineler, el yatırması gibi basit kalıplama teknikleri başta olmak üzere en karmaşık makineleşmiş kalıplama teknikleri dahil her tür kalıplama tekniğine uygun malzemelerdir. Genel olarak dibazik asitlerle polihidrik alkollerin kondensasyon reaksiyonu sonucunda elde edilen bu reçineler, kompozit malzemeden havacılığa, ulaştırmadan inşaata, mobilyadan ambalaja kadar birçok sektörde kullanılmaktadır.

Polyester Reçine Özellikleri

Çoğu polyester reçinesi, bir monomer (genellikle stiren) içerisindeki bir polyester çözeltisinden oluşan viskoz, açık renkli sıvılardır. %50’ye kadar stirenin eklenmesinin sebebi, viskozitesini azaltarak reçinenin daha kolay işlenmesine yardımcı olmasıdır.

Stiren ayrıca, herhangi bir yan ürün oluşmadan, polyesterin moleküler zincirlerini “çapraz bağlama” yoluyla sıvıdan katı hale dönüşmesini sağlayan önemli bir işlevi yerine getirir. Bu reçineler, basınç kullanmadan kalıplanabilir ve “temas” veya “düşük basınç” reçineleri olarak adlandırılır. Bu reçinelerin sınırlı bir depolama ömrü vardır, çünkü uzun bir süre içinde kendiliğinden sertleşir veya “jelleşir”. Bu jelleşme eylemini yavaşlatmak için genellikle reçine üretimi sırasında küçük miktarlarda inhibitör eklenir. Bu reçinenin başlıca avantajları, mekanik, kimyasal, elektriksel özelliklerin yanı sıra boyutsal kararlılık, maliyet, kolay kullanım ve işleme kabiliyetidir.

Bu reçinenin başlıca özellikleri şu şekildedir:

Serbest radikal polimerizasyonu ile üretilir.
Yapışkan özelliği yoktur.
Sıcaklık karşısında büzülmesi yüksektir.
Çevresel dayanıklılığı düşüktür.
Yüksek termal uygulama gerektiren alanlarda çok tercih edilmez.

Polyester Reçine Türleri

Kompozit endüstrisinde standart laminasyon sistemleri olarak kullanılan iki temel polyester reçine türü bulunmaktadır. Ortoftalik reçine birçok kişi tarafından kullanılan standart ekonomik bir reçinedir. İzoftalik reçine ise suya karşı üstün direnci nedeniyle denizcilik gibi endüstrilerde tercih edilen bir malzeme haline gelmektedir.

Vinilester reçineler ise, ticari uygulamalarda daha iyi mukavemet ve kimyasal dirence ihtiyaç duyulan özel bir reçine türüdür. Vinilester reçineler, epoksi reçinenin metakrilik asit ile reaksiyonuyla elde edilir. Vinilester reçinede, reaktif çift bağlar, nispeten uzun zincirlerin uçlarında bulunduğu için çapraz bağ yoğunluğu, standart reçinelerden daha düşük olma eğilimindedir. Bu, daha yüksek hata gerilimi, daha iyi mekanik ve darbe özellikleri ile daha iyi kimyasal dirence sahip malzemelerin elde edilmesini sağlar, ancak vinilester reçinelerin maliyetleri daha yüksektir.

Vinilester reçinenin yanı sıra, esnek polyester, kimyasal dirençli polyester, özel amaçlı polyester, genel amaçlı polyester, aşınma dirençli polyester, elektrik direnci sağlayan polyester, yangına dayanıklı polyester, içme suyuna uygun polyester ve düşük stiren emisyonlu reçine gibi doymamış reçine türleri vardır.

Polyester Reçine Katkıları

Kalıplamada polyester bir reçinenin kullanılması için çeşitli ek ürünlere ihtiyaç vardır. Bu ürünler genellikle;

Bir katalizör (genellikle Mek-P kullanılmaktadır)
Bir hızlandırıcı (genellikle Kobalt Oktoat kullanılmaktadır)
Tiksofotropik özellikler, pigment, dolgu maddesi veya kimyasal/ateş direnci için katkı maddeleridir.

Bir üretici, reçineyi temel formunda veya hızlandırıcı veya yukarıdaki katkı maddelerinden herhangi biriyle modifiye edilmiş şekilde sunabilir. Reçineler, kalıplama öncesi katalizör eklenmeden önce kalıpçının ihtiyaçlarına uygun şekilde formüle edilebilir. Daha önce bahsettiğimiz gibi, doymamış reçineler hızlandırıcı ve sertleştirici yardımıyla belirli bir süre sonra kendiliğinden sertleşir. Polimerizasyon hızı pratik amaçlar için çok yavaştır, bu nedenle reçinenin polimerizasyonunu pratik bir zaman dilimi içinde gerçekleştirmek için katalizörler ve hızlandırıcılar kullanılır.

Katalizörler, polimerizasyon reaksiyonunu başlatmak için kullanımdan hemen önce reçine sistemine eklenir. Katalizör kimyasal reaksiyona katılmaz, sadece süreci etkinleştirir. Hızlandırıcı, katalize edilmiş reçinenin atölye sıcaklığında ve/veya daha hızlı bir hızda reaksiyonun devam etmesini sağlamak için eklenir. Hızlandırıcılar, katalizör yokluğunda reçine üzerinde pek etkili değildir, bu nedenle polyester üreticisi tarafından bazen reçineye “ön-hızlandırılmış” bir hâl oluşturmak için eklenir.

Reçine bu aşamada “sertleşmiş” olarak adlandırılır. Artık kimyasal dirençli ve genellikle sert katı halindedir. Çapraz bağlanma veya sertleşme sürecine “polimerizasyon” denir. Polimerizasyon, geri dönüşsüz bir kimyasal reaksiyondur.

Kalıplama öncesi reçine karışımının büyük bir özenle hazırlanması gerekir. Reçine ve tüm katkı maddeleri, katalizör eklenmeden önce tüm bileşenlerin homojen bir şekilde dağılması için dikkatlice karıştırılmalıdır. Bu karıştırma işlemi, hava kabarcıkları oluşumunu engellemek için tam ve dikkatlice yapılmalıdır. Çünkü reçine karışımına giren herhangi bir hava, son kalıplama ürününün kalitesini etkiler. Özellikle takviye malzemelerin katmanlarını laminasyon yaparken bu daha da büyük bir önem arz eder, dikkat edilmemesi durumunda laminatta hava kabarcıkları oluşabilir ve yapıyı zayıflatabilir. Ayrıca, en iyi malzeme özelliklerini elde etmek için hızlandırıcı ve katalizörün dikkatli bir şekilde ölçülen miktarlarda eklenmesi önemlidir. Çok fazla katalizör katmak, çok hızlı bir jelleşmeye neden olurken çok az katalizör katmak ise yetersiz sertleşmeye yol açabilir.

Reçine karışımının renklendirilmesi pigmentlerle yapılabilir. Reçine ağırlığının yaklaşık %3’ü kadar uygun bir pigment malzemesi dikkatle katılmalıdır, çünkü uygun olmayan pigmentlerin kullanımı sertleşme reaksiyonunu etkileyebilir ve son laminatın kalitesini düşürebilir.

Polyester türü reçinelerle birlikte, çeşitli nedenlerden dolayı, dolgu malzemeleri kullanılır:

Kalıplama maliyetini azaltmak için,
Kalıplama sürecini kolaylaştırmak için veya
Kalıplamaya belirli özellikler kazandırmak için.

Dolgu maddeleri genellikle reçine ağırlığının %50’sine kadar miktarlarda eklenir, ancak bu tür eklemeler, laminatın eğilme ve çekme dayanımını etkileyebilir. Dolgu maddelerinin kullanımı, ekzotermik ısınma meydana gelebilecek kalın bileşenlerin laminasyonunda veya dökümünde faydalı olabilir. Bazı dolgu maddelerinin eklenmesi aynı zamanda laminatın yangın direncini artırmaya da katkıda bulunabilir.