Resin Poliester: Panduan Esensial untuk Aplikasi Komposit

Catatan Editor: Konten ini awalnya dipublikasikan di NetComposites.com. NetComposites diakuisisi oleh perusahaan induk CompositesWorld, Gardner Business Media, pada Februari 2020.

Resin poliester adalah sistem resin yang paling banyak digunakan, terutama di industri marine. Sebagian besar perahu kecil, yacht dan perahu kerja yang dibangun dari komposit menggunakan sistem resin ini.

Resin poliester seperti ini adalah jenis “tidak jenuh”. Resin poliester tidak jenuh adalah termoset, yang dapat mengering dari keadaan cair atau padat ketika diberi kondisi yang tepat. Biasa untuk merujuk ke resin poliester tidak jenuh sebagai “resin poliester,” atau cukup sebagai “poliester.” Ada seluruh rentang poliester yang dibuat dari asam, glikol dan monomer yang berbeda, semuanya memiliki properti yang bervariasi.

Ada dua tipe utama resin poliester yang digunakan sebagai sistem laminasi standar di industri komposit. Resin poliester ortofthalic adalah resin ekonomis standar yang digunakan oleh banyak orang. Resin poliester isophthalic sekarang menjadi bahan pilihan di industri seperti marine, di mana resistensi air yang lebih unggul diinginkan.

Gambar di bawah menunjukkan struktur kimia idealisasi dari poliester tipikal. Perhatikan posisi grup ester (CO – O – C) dan sit reaktif (C* = C*) dalam rantai molekuler:

Sebagian besar resin poliester adalah cairan viskous, warna pucat yang terdiri dari larutan poliester dalam monomer yang biasanya adalah styrene. Penambahan styrene dalam jumlah hingga 50% membantu membuat resin lebih mudah ditangani dengan mengurangi viskositasnya. Styrene juga melakukan fungsi vital untuk memungkinkan resin mengering dari cair ke padat dengan “menghubung silang” rantai molekuler poliester, tanpa evolusi hasil samping apapun. Resin ini dapat dicetak tanpa penggunaan tekanan dan disebut resin “kontak” atau “tekanan rendah.” Resin poliester memiliki masa simpan terbatas karena mereka akan mengeras atau “gel” sendiri selama waktu yang lama. Seringkali sejumlah kecil inhibitor ditambahkan selama pembuatan resin untuk memperlambat tindakan penggelan ini.

Untuk digunakan dalam cetak, resin poliester memerlukan penambahan beberapa produk pendukung. Produk-produk ini umumnya:

• sebuah katalis,
• sebuah akselerator, atau
• aditiva untuk properti thixotropic, pigmen, filler atau resistensi kimia/api.

Produsen dapat menyediakan resin dalam bentuk dasar atau dengan salah satu aditiva di atas yang sudah disertakan. Resin dapat diformulasikan sesuai kebutuhan cetak siap untuk penambahan katalis sebelum cetak. Seperti telah disebutkan, dengan cukup waktu resin poliester tidak jenuh akan mengeras sendiri. Tingkat polimerisasi ini terlalu lambat untuk tujuan praktis dan oleh karena itu katalis dan akselerator digunakan untuk mencapai polimerisasi resin dalam periode waktu yang praktis. Katalis ditambahkan ke sistem resin segera sebelum penggunaan untuk memulai reaksi polimerisasi. Katalis tidak ikut serta dalam reaksi kimia tetapi hanya mengaktifkan proses. Akselerator ditambahkan ke resin yang sudah dikatalis untuk memungkinkan reaksi berlanjut pada suhu bengkel dan/atau dengan tingkat yang lebih besar. Karena akselerator memiliki pengaruh kecil pada resin tanpa katalis mereka terkadang ditambahkan ke resin oleh produsen poliester untuk menciptakan resin “pre-accelerated.”

Rantai molekuler poliester dapat direpresentasikan sebagai berikut, di mana “B” menunjukkan sit reaktif dalam molekul:

Dengan penambahan styrene “S,” dan dalam kehadiran katalis, styrene menghubung silang rantai polimer di setiap sit reaktif untuk membentuk jaringan tiga dimensi yang sangat kompleks sebagai berikut:

Resin poliester dikatakan telah “mengering.” Ini sekarang merupakan padat keras yang resistan kimia (dan biasanya). Proses penghubungan silang atau pengeringan disebut “polimerisasi.” Ini adalah reaksi kimia yang tidak dapat dibalikkan. Sifat “di samping samping” dari penghubungan silang rantai molekuler ini cenderung berarti laminat poliester menderita kerapuhan saat beban kejutan diterapkan.

Perhatian besar diperlukan dalam persiapan campuran resin sebelum cetak. Resin dan setiap aditiva harus diaduk dengan hati-hati untuk mendisperse semua komponen merata sebelum katalis ditambahkan. Pengadukan ini harus menyeluruh dan hati-hati karena udara apa pun yang diperkenalkan ke dalam campuran resin mempengaruhi kualitas cetakan akhir. Ini terutama saat laminasi dengan lapisan bahan penguat karena gelembung udara dapat terbentuk dalam laminat yang dihasilkan yang dapat melemahkan struktur. Ini juga penting untuk menambahkan akselerator dan katalis dalam jumlah yang diukur dengan hati-hati untuk mengontrol reaksi polimerisasi untuk memberikan properti bahan terbaik. Terlalu banyak katalis akan menyebabkan waktu gelasi terlalu cepat, sedangkan terlalu sedikit katalis akan mengakibatkan pengeringan yang kurang.

Pewarnaan campuran resin dapat dilakukan dengan pigmen. Pemilihan bahan pigmen yang sesuai, meskipun hanya ditambahkan sekitar 3% berat resin, harus dipertimbangkan dengan hati-hati karena mudah untuk mempengaruhi reaksi pengeringan dan merusak laminat akhir dengan penggunaan pigmen yang tidak sesuai.

Bahan filler digunakan secara luas dengan resin poliester untuk berbagai alasan termasuk:

• untuk mengurangi biaya cetak,
• untuk memfasilitasi proses cetak, atau
• untuk memberikan properti spesifik pada cetakan.

Filler sering ditambahkan dalam jumlah hingga 50% berat resin, meskipun tingkat penambahan tersebut akan mempengaruhi kekuatan lentur dan tarik laminat. Penggunaan filler dapat bermanfaat dalam laminasi atau cetakan komponen tebal di mana sebaliknya pemanasan eksotermik besar dapat terjadi. Penambahan filler tertentu juga dapat berkontribusi pada peningkatan resistensi api laminat.

Untuk informasi terbaru tentang resin poly/vinyl ester, kunjungi compositesworld.com/zones/poly-vinyl-esters.