聚酯树脂：种类、性能与应用 / 文章

聚酯树脂是工业中最常见、用途最广的热固性合成树脂之一，在现代工业中占据着极其重要的地位。它们是含有酯基和碳-碳双键的合成杂链低聚物和聚合物，固化后形成不溶不熔的产物。按产量计算，聚酯树脂在全球塑料中排名第三，仅次于聚乙烯和聚丙烯。

化学结构与合成

最常见的聚酯树脂基于聚亚烷基二醇马来酸酯和聚亚烷基二醇富马酸酯——不饱和二元酸（马来酸或富马酸）与脂肪族二醇的缩聚产物。所得线型不饱和聚酯溶解在可共聚的单体（通常为苯乙烯，较少使用甲基丙烯酸甲酯、邻苯二甲酸二烯丙酯）中。该溶液即为商品聚酯树脂。

不饱和聚酯树脂化学结构的关键特征是其大分子中含有双键，能够与乙烯基单体进行自由基共聚。固化过程通过自由基聚合机理进行，由有机过氧化物（如过氧化甲乙酮MEKP或过氧化二苯甲酰）引发。

聚酯树脂的分类

按组成和用途，聚酯树脂分为以下几种主要类型:

按性能和用途，树脂还可分为: 通用型、耐热型、阻燃型、透光玻璃钢用、耐化学型、无挥发性单体型、高弹性型等。

物理机械和化学性能

不饱和聚酯树脂具有广泛的有价值性能:

密度。 相对密度为1.11–1.20 kg/m³。

机械性能。 固化聚酯具有较高的拉伸、弯曲和压缩强度，良好的硬度和刚度。弹性强度为80–100 MPa，弹性模量为3.2–3.9 GPa。

耐热性。 大多数不饱和聚酯可在高达250 °C的温度下使用，但其性能会随时间显著下降，尤其是在高温下。大多数牌号的耐热性（热变形温度）为50–60 °C，部分牌号可耐受高达120 °C。某些特殊牌号（如萘系树脂）可耐受高达150–160 °C的温度。

耐化学性。 固化聚酯耐无机酸和有机酸、盐溶液、汽油和油类。但不耐碱、热酸和氯化烃。双酚A型树脂由于酯键密度较低而具有更强的耐腐蚀性。

光学性能。 聚酯树脂基透明材料的透光率可达92%。

电学性能。 聚酯树脂具有良好的电绝缘性能。

收缩率。 聚酯树脂固化时体积收缩率较大，产品设计时需加以考虑。

聚酯树脂的固化

不饱和聚酯树脂的固化通过自由基机理进行。使用有机过氧化物引发该过程，过氧化物分解形成自由基。固化可在室温下进行（冷固化）或加热进行（热固化）。室温下通常使用过氧化甲乙酮（MEKP）与促进剂（如钴盐）组合使用。固化过程也可通过紫外线辐射引发。

聚酯树脂的一个重要特点是在室温和常压下即可固化，这使得它们特别适合于大型制品生产和现场应用。

聚酯树脂的改性

为改善性能，聚酯树脂可进行多种改性:

提高耐化学性 — 通过引入疏水性环状基团（间苯二甲酸、内亚甲基四氢邻苯二甲酸酐）、松香、蒽以及支链二醇实现。
提高弹性 — 通过使用脂肪族酸（己二酸、癸二酸）和长链二醇实现。
降低孔隙率和改善工作条件 — 用挥发性较低的单体（邻苯二甲酸二烯丙酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、间苯二甲酸二烯丙酯或低聚酯丙烯酸酯）替代苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯。
提高抗紫外线性 — 通过添加光稳定剂实现。
生物基改性 — 使用植物油、纤维素和其他可再生资源以降低挥发性有机化合物排放。

应用领域

聚酯树脂广泛应用于各个行业:

玻璃钢与复合材料。 这是聚酯树脂的主要用途。它们作为玻璃纤维、碳纤维和其他增强复合材料的基体。产品包括船体和游艇壳体、汽车部件、体育用品、管道和储罐。

建筑。 聚酯树脂用于聚合物混凝土、管道修复（CIPP）、地坪涂料、屋面和覆面板。

汽车工业。 用于车身面板、保险杠、内饰部件和结构件。

船舶工业。 造船和游艇制造是最大的消费领域之一，得益于其耐腐蚀性和轻质性。

电气工程。 用于电子元件的灌封和密封，作为绝缘材料。

风能。 风力涡轮机叶片由基于聚酯树脂的玻璃纤维复合材料制成。

涂料和粘合剂。 广泛应用于涂料工业和粘合剂生产。

家用电器和消费品。 通过浇铸和模塑制造各种产品。

全球聚酯树脂市场

全球不饱和聚酯树脂市场呈现稳定增长。2025年市场规模估计为146–149.2亿美元。预计到2034年将增长至218–311.8亿美元，复合年增长率为4.43–8.54%。

亚太地区在2025年以超过58%的市场份额主导市场。中国是全球最大的聚酯树脂生产国和消费国。聚酯树脂领域在2025年占据复合材料市场最大的收入份额，得益于低成本、良好的机械性能和易加工性。

主要市场增长驱动力: 建筑、汽车和船舶行业因轻质、高强度和耐腐蚀性能而需求增长; 基础设施项目增加; 风能应用扩大; 电动汽车发展; 生物基和低排放树脂的引入。

总结

聚酯树脂是现代工业中用途最广、需求量最大的热固性聚合物之一。经济成本、易加工性、良好的机械和电绝缘性能、耐腐蚀性以及室温固化的独特组合，使其在玻璃钢生产、建筑、汽车、造船和风能领域不可或缺。配方的不断改进以及生物基和环保技术的发展为这一重要材料类别开辟了新的前景。