플라스틱 재료의 책 32 FRP에 불가결한 수지

[YDfamily]

32. 불포화 polyester (UP)

불포화 polyester는, 무수 말레이산과 같은 불포화 이염기산 및 무수 프탈산과 같은 포화 이염기산과 glycol류를 축합시킨 것으로, 분자 주쇄 중에 불포화 결합이 있기 때문에 불포화 polyester라고 일컬어진다. 불포화 polyester는 유리 섬유에 열경화 수지를 함침시켜 성형품을 만드는 FRP(섬유 강화 플라스틱)를 위한 중요한 수지인데, 분자량이 수천 정도이고, 또한 단독 중합성에 부족하기 때문에, 통상은 styrene과 같은 vinyl계 monomer에 용해하여, 이들을 공중합시켜 열경화성 수지로 하고 있다. 1937년경, 무수 말레이산과 tri-ethylene glycol로 만들어진 것이 2중 결합의 부위의 중합으로 불용불융(不溶不融) 하는 것인데, 다른 monomer와 공중합 하기 쉬운 것의 발견이 계기로 되어, 현재의 불포화 polyester에 이어지고 있다. 일본에서는 52년경에 공업화되었다. 당초에는 주형에 의한 전기 부품 등이 주된 용도였는데, 도료분야에도 용도가 넓혀지고, 현재에는 주요한 FRP용 수지로서의 지위가 확립되어 있다.

Hand lay up법과 같이 액상 자체로 성형에 이용되는 것과, 금형을 사용하여 성형이 가능하게 premix라고 불리는 성형 재료의 형태로 사용되는 것이 있다. 후자의 경우, 강화재, 충전재, 이형제 등을 혼련하여 괴상으로 한 BMC(bulk molding compound)와 유리섬유 매트에 불포화 polyester를 함침한 시트상의 SMC(sheet molding compound)가 있다. BMC는 압축 성형이나 사출 성형으로 성형되는데, 사출 성형기는 괴상으로 활성(滑性)이 좋지 않은 BMC 공급 방법이나 유리섬유 절단 방지의 스크류 구조로 배려한 BMC 전용 사출 성형기가 사용되고 있다. SMC는 matched metal die 등을 사용하여 압축 성형으로 성형된다. 용도는 건설자재, 공업용 기재, 수송기 등의 GRP가 압도적으로 많은데, FRP 이외의 주형용(인공 대리석, 버튼, 마루재), 도료, 화장판 등도 있다.

요점 BOX
FRP의 다양한 용도를 지원하는 필요 불가결한 수지
FRP 특유의 성형이 많이 있다.

* Hand lay up법: 성형 형에 이형제를 바르고 강화 섬유를 세팅한 후, 경화제를 혼합한 수지를 솔질이라 롤러로 함침시키면서 거품을 제거하는 FPR 성형방법

* Matched metal die: 성형품 주의의 암수 금형이 맞물리는 부분에 pinch off부를 가진 특수한 금형

Matched metal die

<불포화 polyester의 특징> 

BMC, SMC의 특징은 다음과 같다.
① 저점도로 강화재, 충전재로의 함침성이 우수하기 때문에, 강화 효과가 높게 된다. 이 때문에 역학적 성질이 양호하게 된다.
② 내열성 및 내한성이 우수
③ 알코올류나 탄화수소와 같은 유기 용제에는 내성이 있는데, styrene을 포함하여 있기 때문에, styrene을 침해하는 유기용제에는 내성이 없다.
④ 산화성 산을 제외하고 일반 산에는 비교적 강한 것으로, 알칼리에는 침투된다. Ester 결합이기 때문에 내열성은 좋지 않지만, isophthalic acid나 페놀계 수지에서는 이들 성질은 개량되어 있다.
⑤ 내후성은 양호
⑥ 전기절연성, 내전성, 내 arc성, 내 tracking성 등의 전기적 성질은 양호
⑦ 착색은 자유롭게 가능하다.
⑧ 부가 반응으로 경화하기 때문에, 부생물의 발생은 없다.