Care este rata de absorbție a apei a rășinii fenol-formaldehidice?

Introducere

Rășini fenol-formaldehidă (PF).sunt sisteme de rășini termorigide utilizate în compuși de turnare, laminate, compozite și alte sisteme de materiale industriale. Deoarece absorbția de umiditate poate fi relevantă pentru evaluarea proprietăților dimensionale, electrice sau mecanice în materiale plastice, absorbția de apă este o considerație practică atunci când se evaluează materialele pe bază de PF în condiții de service sau de testare definite. Cu toate acestea, nu există o valoare unică de absorbție a apei care să caracterizeze toate materialele cu rășină fenol-formaldehidă. Un răspuns semnificativ necesită definirea clară a stării materialului, a formulării, a geometriei probei, a condiționării, a condițiilor de expunere și a metodei de testare.

Răspuns scurt

Nu există o valoare unică de absorbție a apei care să se aplice universal tuturor materialelor cu rășină fenol-formaldehidă. Un rezultat raportat al absorbției de apă trebuie să identifice metoda de testare, specimenul, condiționarea, mediul de expunere, temperatura și durata. Pentru materialele pe bază de PF, starea materialului și formularea trebuie, de asemenea, identificate, astfel încât datele din rășină curată, compuși de turnare, laminate sau compozite să nu fie tratate ca interschimbabile. La fel de important, absorbția de apă și conținutul de apă sunt concepte distincte care necesită metode de testare diferite și răspund la întrebări diferite.

Ce material este de fapt testat?

Pentru interpretarea absorbției de apă, materialele legate de PF ar putea trebui să fie distinse după starea materialului și formulare. Obiectele de testare relevante pot include:

• Rășină lichidă sau soluție de rășină neîntărită
• Rășină solidă, inclusiv fulgi sau alte forme solide furnizate
• Rășină pulbere
• Material parțial întărit
• Eșantion de rășină curată complet vindecată
• Compus de turnare fenolic
• Laminat
• Formulare umplută
• Compozit armat cu fibre
• Componenta finisata

Aceste stări și formulări ale materialelor nu sunt obiecte de testare interschimbabile. O valoare a absorbției de apă obținută dintr-o stare de material nu prezice automat comportamentul altuia. Un rezultat obținut pentru o stare de material nu trebuie presupus că reprezintă un compus formulat, un compozit, un laminat sau un component finit fără o bază de comparație adecvată.

Absorbția de apă nu este aceeași cu conținutul de apă

Această distincție este fundamentală pentru interpretarea corectă a datelor despre rășină PF.

Absorbția de apă se referă la procesul prin care un material preia apa din mediul său în condiții de expunere definite. Se măsoară pe specimene solide folosind proceduri precum ASTM D570 sau ISO 62.

Conținutul de apă se referă la cantitatea de apă deja prezentă într-un material la momentul testării. ISO 15512:2019 specifică metode pentru determinarea conținutului de apă din materiale plastice sub formă de pulbere, granule și articole finite și afirmă în mod explicit că aceste metode nu testează cinetica și echilibrul absorbției de apă, așa cum sunt măsurate de ISO 62.

Pentru pulbere sau alte forme de material aplicabile, conținutul de apă poate fi specificat sau măsurat ca parametru separat al materialului. Nu ar trebui să înlocuiască absorbția de apă a unui specimen vindecat. Dimpotrivă, un rezultat de absorbție a apei de la un specimen întărit nu descrie conținutul de apă al materiei prime înainte de procesare.

De ce un număr universal de absorbție a apei PF nu este adecvat

Mai mulți factori afectează comportamentul de absorbție a apei și ar trebui identificați acolo unde este relevant pentru interpretare sau comparație:

• Forma materialului: rășina curată curată, compusul de turnare, laminatul și compozitul sunt obiecte de testare diferite.
• Formulare de rășină: rășina curată, compușii umpluți, laminatele și compozitele armate sunt sisteme de materiale distincte, așa că rezultatele ar trebui atribuite formulării testate.
• Starea de întărire: starea de întărire ar trebui să fie identificată la raportarea sau compararea probelor, deoarece specimenele preparate diferit nu trebuie presupusă că reprezintă același obiect de testare.
• Geometria probei: grosimea și suprafața expusă afectează viteza și gradul aparent de absorbție.
• Pregătirea probei: pregătirea, dimensiunile și condiționarea trebuie identificate acolo unde este specificat de metoda de testare selectată.
• Condiționarea și expunerea: temperatura, mediul (apă lichidă versus aer umed) și durata sunt toate relevante.
• Metoda de testare: ASTM D570 și ISO 62 diferă în specificațiile specimenului, procedură și baza de raportare.

Un rezultat al absorbției de apă este mai interpretabil atunci când informațiile relevante despre material, specimen, condiționare și expunere sunt disponibile. Fără astfel de informații, o cifră de absorbție a apei are o valoare comparativă limitată.

Novolac și Resole: Clasificarea nu determină rezultatul testului

Novolacurile și rezoluțiile sunt clase distincte în interiorrășini fenolice. Novolacurile sunt, în general, prepolimeri fenolici termoplastici, care sunt în mod obișnuit combinați cu un sistem de întărire, cum ar fi hexametilentetramină (HMTA) pentru a forma un termorezistent, în timp ce rezolurile sunt rășini fenolice reactive la căldură, capabile să se întărească în continuare.

Cu toate acestea, această clasificare singură nu determină absorbția de apă a unui compus de turnare întărit, laminat, compozit sau piesă finită. Compararea directă a materialelor pe bază de novolac și rezol necesită eșantioane pregătite, vindecate și testate în condiții echivalente. În absența unei astfel de comparații controlate, nu poate fi afirmată nicio clasare generală.

ASTM D570-22

ASTM D570-22 acoperă determinarea ratei relative de absorbție a apei de către materiale plastice atunci când sunt scufundate. Domeniul său de aplicare include produse rășinoase turnate, turnate la cald și turnate la rece, materiale plastice omogene și laminate sub formă de tijă și tub și foi de 0,13 mm sau mai mare în grosime.

Standardul notează că timpul până la saturare depinde puternic de grosimea probei și că relația dintre conținutul de umiditate și proprietăți precum rezistența izolației electrice, pierderile dielectrice, rezistența mecanică și dimensiunile depind de tipul de expunere, forma piesei și proprietățile inerente ale materialului. ASTM D570 este o metodă de testare mai degrabă decât o specificație de produs specifică PF. Dacă este necesar un rezultat D570 pentru un anumit material, trebuie stabilit prin achiziția aplicabilă sau specificația produsului.

ISO 62:2008

ISO 62:2008 descrie proceduri pentru determinarea absorbției de umiditate în direcția de grosime a materialelor plastice solide și pentru determinarea cantității de apă absorbită de specimene de dimensiuni definite scufundate în apă sau expuse la aer umed. Se aplică materialelor plastice solide, dar exclude în mod explicit materialele plastice celulare, granulele și pulberile.

ISO 62 oferă proceduri controlate pentru compararea absorbției de apă a eșantioanelor de plastic solid definite în condiții de expunere specificate. ISO 62 definește un cadru de testare a absorbției de apă a materialelor plastice; aplicabilitatea acestuia la un anumit material PF ar trebui stabilită din forma materialului și din specificația relevantă.

ASTM D570 vs. ISO 62

Atât ASTM D570, cât și ISO 62 se referă la absorbția de apă a materialelor plastice solide, dar diferă în ceea ce privește domeniul de aplicare, specificațiile specimenului și detaliile procedurale. ASTM D570-22 afirmă echivalența tehnică cu ISO 62 atunci când este utilizat specimenul descris în ASTM D570 Secțiunea 6.2. Această afirmație nu trebuie interpretată ca echivalență automată a fiecărui rezultat generat conform celor două standarde. Trebuie respectate procedura aplicabilă și cerințele de raportare ale standardului selectat.

Conținut de apă sub formă de pulbere sau alte forme de materiale aplicabile

Pentru materialele PF furnizate într-o formă acoperită de o metodă aplicabilă a conținutului de apă, conținutul de apă este un parametru separat de absorbția de apă a unui specimen solid întărit. ISO 15512:2019 acoperă materialele plastice sub formă de pulbere, granule și articole finite. Ea distinge în mod explicit acele măsurători de cinetica absorbției de apă și echilibrul măsurat de ISO 62. Nu ar trebui să se presupună că se aplică fiecărui sistem de rășină PF lichidă.

Cum influențează formularea și starea materialului interpretarea

Datele despre absorbția de apă trebuie atribuite întregului material testat. Un eșantion de rășină curată, un compus de turnare umplut, un laminat și un compozit armat sunt obiecte diferite de testare. O valoare măsurată pentru unul nu ar trebui transferată direct către alta fără dovezi reprezentative. O valoare măsurată pentru o rășină brută sau un eșantion definit nu trebuie tratată în sine ca valoare de absorbție a apei a unui alt material formulat sau finit.

Cum se compară datele de absorbție a apei

O comparație semnificativă necesită condiții de testare echivalente sau o prezentare clară a diferențelor relevante. Următorul este un cadru practic de comparație, mai degrabă decât o listă de verificare completă de raportare prescrisă de ASTM D570 sau ISO 62. Înainte de a compara două valori ale absorbției de apă, confirmați următoarele:

• Materialul exact sau denumirea calității
• Starea materialului (rășină curată, compus, laminat, compozit)
• Tip de rășină acolo unde este cazul
• Detalii de formulare (umpluturi, armaturi, aditivi)
• Starea de vindecare
• Metoda de testare și ediția (ASTM D570-22, ISO 62:2008 sau altele)
• Dimensiunile specimenului
• Procedura de condiționare
• Mediu de expunere (apă lichidă sau aer umed)
• Temperatură
• Durată
• Dacă valoarea reprezintă o durată specificată sau un rezultat de echilibru
• Baza de calcul și unități
• Criteriile de acceptare și baza lor tehnică

Diferențele în starea materialului, pregătirea probei, condițiile de expunere, metodă sau baza de raportare trebuie rezolvate înainte ca valorile să fie tratate ca direct comparabile.

TDS, CoA și raport de testare

Următoarele distincții sunt considerații practice ale documentației, mai degrabă decât definițiile documentelor prescrise de ASTM D570, ISO 62 sau ISO 15512.

O fișă de date tehnice (TDS) poate prezenta informații tipice, nominale sau de specificații pentru un material. Un certificat de analiză (CoA), acolo unde este furnizat, poate raporta rezultate specifice lotului sau lotului și poate enumera, de asemenea, limitele de acceptare relevante. Un raport de testare poate identifica metoda de testare, specimenul sau proba, condițiile și rezultatul raportat.

Formatul și conținutul documentului variază în funcție de furnizor, material și tranzacție. Prin urmare, cumpărătorii ar trebui să verifice dacă o valoare raportată reprezintă o proprietate tipică, o limită de specificație sau un rezultat de testare specific unui lot.

Erori comune de interpretare

Eroare 1: Toate rășinile PF au o valoare standard de absorbție a apei.

Corecție: Absorbția de apă este o proprietate a unui material definit într-o stare definită, măsurată în condiții definite.

Eroare 2: O valoare a conținutului de apă în pulbere este egală cu absorbția de apă din rășină întărită.

Corecție: conținutul de apă (ISO 15512) și absorbția de apă (ISO 62) sunt măsurători diferite.

Eroarea 3: Doar clasificarea Novolac/resole prezice absorbția de apă.

Corecție: Comparația necesită probe și condiții controlate.

Eroare 4: rezultatele ASTM D570 și ISO 62 sunt automat interschimbabile.

Corecție: ASTM D570 stabilește echivalența tehnică cu ISO 62 numai atunci când este utilizat specimenul descris în ASTM D570 Secțiunea 6.2.

Eroare 5: Un rezultat cu rășină curată prezice automat un compozit umplut sau o componentă finită.

Corectare: Rășina curată, compușii umpluți, laminatele, compozitele și componentele finite sunt sisteme de materiale diferite sau obiecte de testare. Un rezultat de la unul nu trebuie transferat automat la altul.

Eroare 6: O valoare tipică TDS este automat un rezultat de lot.

Corecție: TDS, CoA și rapoartele de testare au diferite funcții.

Ce ar trebui să specifice cumpărătorii

Atunci când se solicită sau se evaluează datele privind absorbția de apă din rășina PF, trebuie specificate următoarele informații, acolo unde este relevant pentru aplicație:

• Forma de rășină/material (lichid, solid, pulbere, fulgi etc.)
• Desemnarea gradului
• Clasa de rășină acolo unde este relevant (novolac sau rezol)
• Calea preconizată de formulare și procesare
• Starea de vindecare a obiectului de testat
• Obiect de testat (rășină îngrijită, compus de turnare, laminat, compozit, piesă finită)
• Standard de testare și ediție
• Geometria specimenului
• Procedura de condiționare
• Mediul de expunere, temperatura și durata
• Limita de acceptare și baza sa tehnică
• Documentația necesară (TDS, CoA, raport de testare)

Metoda de testare trebuie selectată în funcție de forma materialului și de proprietatea evaluată; ASTM D570 și ISO 62 se referă la absorbția de apă a materialelor plastice solide aplicabile, în timp ce ISO 15512 abordează conținutul de apă în domeniul său de aplicare declarat. Nu orice scenariu de achiziție necesită toate aceste specificații, dar claritatea privind starea materialului și condițiile de testare este esențială pentru o comparație semnificativă a datelor.

Concluzie

Absorbția de apă arășină fenol-formaldehidănu poate fi reprezentat printr-un singur număr universal. Este o proprietate a unui anumit material într-o stare specifică, măsurată în condiții definite folosind o metodă definită. Valorile raportate sunt utile pentru comparație numai atunci când sunt cunoscute identitatea materialului, starea de întărire, pregătirea probei, condițiile de expunere și metoda de testare. Absorbția de apă și conținutul de apă sunt concepte distincte care necesită metode de testare diferite. Pentru o comparație relevantă pentru aplicație, datele dintr-o formulare reprezentativă întărită, eșantion sau material finit pot fi mai informative decât o valoare măsurată pe un obiect de testat diferit din punct de vedere material.

CTA profesional

Clienții care evaluează rășina fenol-formaldehidă pentru aplicații sensibile la umiditate pot furniza rășina sau forma materialului, formula intenționată, obiectul de testat, metoda aplicabilă de absorbție a apei sau metoda de conținut de apă, condițiile de expunere sau de condiționare și criteriile de acceptare, astfel încât documentația de calitate disponibilă să poată fi revizuită în raport cu cerințele menționate.

Referințe

[1] ASTM International. (2022). ASTM D570-22, Metoda de testare standard pentru absorbția de apă a materialelor plastice.https://doi.org/10.1520/D0570-22

[2] Organizația Internațională pentru Standardizare. (2008). ISO 62:2008, Materiale plastice - Determinarea absorbției de apă (ed. a III-a).
https://www.iso.org/standard/41672.html

[3] Organizația Internațională pentru Standardizare. (2019). ISO 15512:2019, Materiale plastice - Determinarea conținutului de apă (ed. a 5-a).
https://www.iso.org/standard/73834.html

[4] Pilato, LA (Ed.). (2010). Rășini fenolice: un secol de progres. Springer Berlin, Heidelberg.https://doi.org/10.1007/978-3-642-04714-5

[5] Asim, M., Saba, N., Jawaid, M., Nasir, M., Pervaiz, M. și Alothman, OY (2018). O revizuire a rășinii fenolice și a compozitelor sale. Current Analytical Chemistry, 14(3), 185–197.https://doi.org/10.2174/1573411013666171003154410