不飽和ポリエステル樹脂とエポキシ樹脂は、複合材料の製造で広く使用されている 2 つの熱硬化性材料です。どちらもグラスファイバーと組み合わせて軽量で耐久性のある製品を製造できますが、コスト、硬化化学、接着、収縮、加工要件が大きく異なります。
一般に、 不飽和ポリエステル樹脂は 、コスト効率が高く大量の FRP 生産に好まれることがよくあります。エポキシ樹脂は、強力な二次結合、低い硬化収縮、または厳しい構造性能が必要な場合に、より一般的に選択されます。
ただし、どちらの樹脂もすべてのプロジェクトに最適な選択であるわけではありません。このガイドでは、それらの主な特性を比較し、用途に適した材料を選択する方法を説明します。
不飽和ポリエステル樹脂とは何ですか?
UPR としても知られる不飽和ポリエステル樹脂は、一般にスチレンなどの反応性希釈剤が供給される熱硬化性樹脂です。推奨される開始剤を添加すると、樹脂は架橋反応を起こし、液体から硬い固体に変化します。
UPR は、ガラス繊維強化プラスチック (FRP) を製造するためにガラス繊維強化とともに広く使用されています。配合に応じて、ハンドレイアップ、スプレーアップ、キャスティング、引抜成形、レジントランスファーモールディング、シートモールディングコンパウンド、およびバルクモールディングコンパウンドによって加工できます。
一般的な用途には、ボート、自動車パネル、冷却塔、衛生陶器、パイプ、タンク、建築パネル、複合金型などがあります。
不飽和ポリエステル樹脂は幅広い材料カテゴリーであることを覚えておくことが重要です。汎用、イソフタル酸、DCPD、ツーリング、難燃、低スチレン排出グレードは、さまざまな用途向けに設計されています。
Huake Polymer の公式 HS-243PTF 製品ページに示されている不飽和ポリエステル樹脂のサンプル。
エポキシ樹脂とは何ですか?
エポキシ樹脂は通常、樹脂と相溶性硬化剤からなる 2 成分系として供給されます。 2 つの成分を指定の比率で混合すると、反応して高度に架橋された固体材料が形成されます。
エポキシ システムは、構造用複合材、接着剤、保護コーティング、炭素繊維部品、船舶修理、精密工具などに一般的に使用されています。これらは、既存の硬化表面への強力な接着が必要な場合に特に役立ちます。
エポキシ樹脂をエポキシビニルエステル樹脂と混同しないでください。ビニルエステルはエポキシベースの構造から製造されますが、通常は不飽和ポリエステル樹脂と同様のメカニズムで硬化します。従来のエポキシでは、樹脂と硬化剤を別々に反応させます。
不飽和ポリエステル樹脂とエポキシ
| 樹脂の |
係数 不飽和ポリエステル樹脂 |
エポキシ樹脂 |
| 硬化システム |
通常、過酸化物によって開始される |
指定の硬化剤を配合した樹脂 |
| 材料費 |
一般に低い |
一般に高い |
| 二次接着 |
硬化した表面ではさらに制限される |
普通に強い |
| 硬化収縮 |
一般に高い |
一般に低い |
| 生産適合性 |
コスト効率の高いFRP製造 |
構造用ラミネートと接着 |
| 処理速度 |
多くの場合、迅速な生産に適しています |
配合と硬化剤によって異なります |
| 典型的な補強 |
主にグラスファイバー |
グラスファイバーとカーボンファイバー |
| 主な利点 |
生産経済性 |
密着性と寸法制御 |
1. 硬化工程
UPR とエポキシ樹脂は異なる化学反応によって硬化します。
不飽和ポリエステル樹脂には通常、過酸化物開始剤が必要です。一部の製品は、プレプロモーショングレードとして供給されます。つまり、生産段階でアクセラレータシステムがすでに追加されています。ゲル化時間は、樹脂温度、作業場の温度、開始剤の種類、および承認された開始剤の投与量によって影響を受ける可能性があります。
エポキシ樹脂には、正確な混合比で適合する硬化剤が必要です。追加の硬化剤を追加することは、硬化を促進する確実な方法ではありません。比率が正しくないと、硬化が不完全になり、最終的なパフォーマンスが低下する可能性があります。
どちらのシステムでも、作業時間、ゲル化時間、離型時間、および完全な硬化は異なる段階です。硬いと感じられるコンポーネントでも、意図した特性に達するまでに追加の硬化が必要な場合があります。
メーカーは、サプライヤーの承認なしに硬化システムを調整するのではなく、常に技術データシートに従う必要があります。
2. コストと生産効率
不飽和ポリエステル樹脂は一般にエポキシ樹脂よりも経済的です。これが、中量および大量の FRP 製造に広く使用されている理由の 1 つです。
UPR は、樹脂、補強材、金型、硬化システムが適切に適合している場合、効率的な生産をサポートします。多くの場合、原材料コストを管理しながら一貫した生産量を必要とするビジネスに適しています。
エポキシ樹脂は通常、より高価であり、より正確な割合やより長い硬化期間が必要になる場合があります。ただし、接着や寸法性能によって故障が防止され、再加工が減少する場合には、材料価格が高くても正当化される可能性があります。
購入価格だけで選択を決定すべきではありません。メーカーは、許容可能な各完成部品の総コストを計算する必要があります。これには以下が含まれます。
原材料および消耗品
労働要件
モールド占有率
加熱または後硬化
仕上げと検査
スクラップと再加工
低価格の樹脂を使用しても、許容できない不合格率が発生する場合は経済的ではありません。同様に、認定された UPR がすでに製品要件を満たしている場合、高価なエポキシを使用してもほとんどメリットが得られない可能性があります。
3. 接着・補修性能
二次接着力の違いは特に重要です。
二次結合は、すでに硬化した表面に新しい樹脂を塗布するときに発生します。これは、複合コンポーネントの修理、補強、組み立てにおいて一般的です。
UPR は、適切に設計されたラミネートの最初の製造中に良好に機能します。ただし、古い、完全に硬化した複合材料への接着力はさらに制限される可能性があります。
一般に、エポキシ樹脂は、適切に準備されたグラスファイバー、木材、金属、およびその他の硬化した基板への接着により適しています。このため、構造修復によく選ばれます。
表面処理は引き続き重要です。汚れ、湿気、油、不適切なサンディング、または不適切な仕上がりにより、どちらのシステムも故障する可能性があります。
新しい成形 FRP 部品の場合は、UPR がより経済的な選択肢となる場合があります。既存の硬化構造を修復または接着する場合、エポキシは多くの場合、より強力な検討に値します。
4. 機械的性能
エポキシが常に不飽和ポリエステル樹脂よりも強いというのは誤解を招きます。
複合コンポーネントの性能は、以下を含むラミネート システム全体に依存します。
樹脂配合
補強タイプ
繊維配向
繊維含有量
ラミネートの厚さ
無効なコンテンツ
硬化条件
動作温度
適切な UPR を使用して適切に製造されたガラス繊維ラミネートは、粗悪に製造されたエポキシ ラミネートよりも優れた性能を発揮します。
「より強い」という意味も定義する必要があります。引張強度、曲げ強度、耐衝撃性、耐疲労性、伸び、層間強度は、さまざまな性能特性を表します。
製品を比較する場合は、同様の試験方法および硬化条件で生成されたデータを使用してください。ある材料の純粋な樹脂強度を別の材料の強化ラミネート強度と直接比較しないでください。
5. 硬化収縮と寸法安定性
従来の UPR は一般に、硬化中にエポキシよりも大きな収縮が発生します。コンポーネントやプロセスによっては、これが反り、内部応力、寸法の変化、または目に見える繊維パターンの原因となる場合があります。
エポキシは一般的に硬化収縮が低いため、厳しい公差が必要な精密工具やコンポーネントに役立ちます。
ただし、特殊な UPR 配合により収縮を制御できます。ヒューケポリマーズ HS-243PTF 薄型制御ツーリング不飽和ポリエステル樹脂は、複合金型の製造と収縮制御用に設計されています。たとえば、
これは、1 つの樹脂ファミリーのすべての製品が同じように動作すると仮定するのではなく、特定のグレードを比較する必要がある理由を示しています。
6. 加工と表面仕上げ
樹脂システムを変更する前に、加工要件を考慮する必要があります。
補強サイジング、チョップドストランドマットバインダー、コア材料、離型剤、ゲルコート、および塗料は、選択した樹脂と適合する必要があります。スチレン含有ポリエステル系用に設計された材料は、エポキシでは自動的に機能しない場合があります。
粘度も製造方法に合わせて調整する必要があります。ハンドレイアップ用の樹脂は、樹脂注入に必要な流動特性を備えていない場合があります。低粘度の注入樹脂は、垂直面では制御が難しい場合があります。
UPR は、魅力的な成形表面を生成するために確立されたポリエステル ゲルコート システムとともに広く使用されています。エポキシでも高品質の仕上げが可能ですが、プライマー、塗料、ゲルコートの適合性を確認する必要があります。
ある樹脂ファミリーから別の樹脂ファミリーに変更する場合、メーカーは液体樹脂のみを交換するのではなく、生産システム全体を見直す必要があります。
Huake Polymer の公式ツーリング樹脂ページに掲載されている複合双胴船。典型的な海洋 FRP 用途を表しています。
7. 耐水性、耐薬品性、耐熱性
どちらの樹脂ファミリーも有用な耐環境性を提供できますが、性能は配合によって異なります。
時折雨にさらされる製品には、継続的に温水に浸したタンクと同じ要件はありません。化学的性能は、化学物質の種類、濃度、温度、曝露時間によっても異なります。
耐熱性は慎重に評価する必要があります。技術データシートの熱たわみ温度またはガラス転移温度を自動的に連続動作限界として扱うべきではありません。
要求の厳しい環境では、購入者はサプライヤーに完全なサービス条件を提供する必要があります。長期にわたる障害が技術的または経済的に重大な影響を与える可能性がある場合、認定テストが必要になる場合があります。
どの樹脂を選ぶべきですか?
次の場合に不飽和ポリエステル樹脂を選択してください。
UPR は一般に、ボート、自動車パネル、衛生用品、冷却塔、パイプ、タンク、および一般的なグラスファイバー部品で使用されると考えられています。
次の場合にエポキシ樹脂を選択してください。
強力な二次接合が不可欠
既存の硬化ラミネートを修理する必要がある
カーボンファイバー補強が使用されています
低い硬化収縮が特に重要です
コンポーネントには厳しい構造要件があります
材料コストの上昇は性能の向上によって正当化できる
一般的な用途には、構造修復、接着アセンブリ、高性能複合部品、精密構造などがあります。
よくある質問
エポキシは常に不飽和ポリエステル樹脂より優れていますか?
いいえ、エポキシはより優れた二次接着とより低い収縮を提供する可能性があり、一方、UPR はより経済的で効率的な生産を提供する可能性があります。より良い材料は用途によって異なります。
硬化したポリエステルの上にエポキシを塗布できますか?
適切なエポキシは、多くの場合、適切に洗浄、乾燥され、機械的に準備されたポリエステル ラミネートに接着できます。サプライヤーの修理手順に従う必要があります。
UPRとエポキシを混合できますか?
組み合わせたシステムが特別に配合され検証されていない限り、これらを混合すべきではありません。それらの硬化メカニズムは異なります。
ボートに適した樹脂はどれですか?
UPR は、新しいグラスファイバー製ボート部品を経済的に製造するために広く使用されています。エポキシは一般に、構造接着、高性能ラミネート、および修理に選択されます。
結論
不飽和ポリエステル樹脂とエポキシ樹脂のどちらを選択するかは、どちらかの材料が優れているという単純な主張ではなく、プロジェクトによって異なります。
UPR は、多くの場合、新しい成形グラスファイバー部品を経済的に生産するための実際的な選択肢です。通常、二次接着、低い硬化収縮、または厳しい構造性能が優先される場合には、エポキシがより適しています。
製品を選択する前に、特定の樹脂グレード、硬化要件、強化材の適合性、使用条件、総製造コストを比較してください。この情報を樹脂サプライヤーに提供すると、適切な配合を特定するのも容易になります。
