Каква е степента на абсорбция на вода на фенолформалдехидна смола?

Въведение

Фенол-формалдехидни (PF) смолиса системи от термореактивна смола, използвани в смеси за формоване, ламинати, композити и други промишлени системи от материали. Тъй като поглъщането на влага може да бъде от значение за оценката на размерите, електрическите или механичните свойства на пластмасите, водопоглъщането е практическо съображение, когато се оценяват PF-базирани материали при определени условия на експлоатация или изпитване. Въпреки това, няма единична стойност на водопоглъщане, която да характеризира всички материали от фенол-формалдехидна смола. Смисленият отговор изисква ясна дефиниция на състоянието на материала, формулировката, геометрията на образеца, кондиционирането, условията на експозиция и метода на изпитване.

Кратък отговор

Няма единична стойност на водопоглъщане, която да се прилага универсално за всички материали от фенолформалдехидна смола. Отчетеният резултат за водопоглъщане трябва да идентифицира метода на изпитване, образеца, кондиционирането, средата на експозиция, температурата и продължителността. За материали на основата на PF, състоянието на материала и формулировката също трябва да бъдат идентифицирани, така че данните от чиста смола, формовъчни съединения, ламинати или композити да не се третират като взаимозаменяеми. Също толкова важно е, че водопоглъщането и водното съдържание са различни понятия, които изискват различни методи за изпитване и отговарят на различни въпроси.

Какъв материал всъщност се тества?

За тълкуване на водопоглъщането може да се наложи материалите, свързани с PF, да бъдат разграничени по състояние на материала и формулировка. Съответните тестови обекти могат да включват:

• Невтвърдена течна смола или разтвор на смола
• Твърда смола, включително люспи или други доставени твърди форми
• Прахообразна смола
• Частично втвърден материал
• Напълно втвърден образец от чиста смола
• Фенолна формовъчна смес
• Ламинат
• Напълнена формула
• Подсилен с влакна композит
• Завършен компонент

Тези състояния на материала и формулировки не са взаимозаменяеми тестови обекти. Стойността на водопоглъщането, получена от едно състояние на материала, не предсказва автоматично поведението на друго. Резултат, получен за едно състояние на материала, не трябва да се приема, че представлява формулирано съединение, композит, ламинат или завършен компонент без подходяща база за сравнение.

Водопоглъщането не е същото като водното съдържание

Това разграничение е фундаментално за правилното тълкуване на данните за PF смола.

Водопоглъщането се отнася до процеса, при който даден материал поема вода от околната среда при определени условия на експозиция. Измерва се върху твърди проби, като се използват процедури като ASTM D570 или ISO 62.

Съдържанието на вода се отнася до количеството вода, което вече присъства в даден материал по време на тестването. ISO 15512:2019 определя методи за определяне на съдържанието на вода в пластмаси под формата на прах, гранули и готови изделия и изрично посочва, че тези методи не тестват кинетиката на абсорбция на вода и равновесието, измерено от ISO 62.

За прахообразни или други приложими материални форми съдържанието на вода може да бъде специфицирано или измерено като отделен параметър на материала. Не трябва да замества водопоглъщането на втвърдения образец. Обратно, резултатът от водопоглъщането на втвърден образец не описва водното съдържание на суровината преди обработката.

Защо универсалното PF водопоглъщащо число не е подходящо

Няколко фактора влияят върху поведението на водопоглъщане и трябва да бъдат идентифицирани, когато е уместно за интерпретация или сравнение:

• Форма на материала: чиста втвърдена смола, формовъчна смес, ламинат и композит са различни тестови обекти.
• Състав на смола: чиста смола, съединения с пълнеж, ламинати и подсилени композити са различни системи от материали, така че резултатите трябва да се припишат на тестваната формула.
• Състояние на втвърдяване: състоянието на втвърдяване трябва да се идентифицира при докладване или сравняване на проби, тъй като не трябва да се приема, че различно подготвените проби представляват един и същ тестов обект.
• Геометрия на образеца: дебелината и откритата повърхност влияят върху скоростта и видимата степен на абсорбция.
• Подготовка на образеца: подготовката, размерите и кондиционирането трябва да бъдат идентифицирани, когато е посочено от избрания метод за изпитване.
• Кондициониране и излагане: температура, среда (течна вода срещу влажен въздух) и продължителност са от значение.
• Метод на изпитване: ASTM D570 и ISO 62 се различават по спецификация на образеца, процедура и база за докладване.

Резултатът за водопоглъщане е по-лесно интерпретируем, когато е налична информация за съответния материал, проба, кондициониране и експозиция. Без такава информация стойността на водопоглъщането има ограничена сравнителна стойност.

Novolac и Resole: Класификацията не определя резултата от теста

Новолаците и резолите са различни класове в рамкитефенолни смоли. Новолаците обикновено са термопластични фенолни преполимери, които обикновено се комбинират с втвърдяваща система като хексаметилентетрамин (HMTA), за да образуват термореактивен материал, докато резолите са термореактивни фенолни смоли, способни на допълнително втвърдяване.

Тази класификация обаче сама по себе си не определя водопоглъщането на втвърдена формовъчна смес, ламинат, композит или готова част. Директното сравнение на материали на основата на новолак и на основата на резола изисква образци, подготвени, втвърдени и тествани при еквивалентни условия. При липсата на такова контролирано сравнение не може да се твърди общо класиране.

ASTM D570-22

ASTM D570-22 обхваща определянето на относителната скорост на абсорбция на вода от пластмаси при потапяне. Обхватът му включва отлети, горещо формовани и студено формовани смолисти продукти, хомогенни и ламинирани пластмаси под формата на пръчки и тръби и листове с дебелина 0,13 mm или повече.

Стандартът отбелязва, че времето до насищане е силно зависимо от дебелината на образеца и че връзката между съдържанието на влага и свойства като съпротивление на електрическа изолация, диелектрични загуби, механична якост и размери зависи от вида на експозицията, формата на детайла и присъщите свойства на материала. ASTM D570 е по-скоро метод за изпитване, отколкото специфична за PF продуктова спецификация. Дали резултатът D570 е необходим за конкретен материал, трябва да се установи от приложимата поръчка или спецификация на продукта.

ISO 62:2008

ISO 62:2008 описва процедури за определяне на абсорбцията на влага в посоката на дебелината на твърди пластмаси и за определяне на количеството вода, абсорбирано от образци с определени размери, потопени във вода или изложени на влажен въздух. Той е приложим за твърди пластмаси, но изрично изключва клетъчни пластмаси, гранулати и прахове.

ISO 62 предоставя контролирани процедури за сравняване на водопоглъщането на определени проби от твърда пластмаса при определени условия на експозиция. ISO 62 определя рамка за изпитване на водопоглъщане на пластмаси; неговата приложимост към конкретен PF материал трябва да се установи от формата на материала и съответната спецификация.

ASTM D570 срещу ISO 62

Както ASTM D570, така и ISO 62 разглеждат водопоглъщането на твърди пластмаси, но се различават по обхват, спецификация на образеца и процедурни подробности. ASTM D570-22 посочва техническа еквивалентност с ISO 62, когато се използва образецът, описан в ASTM D570, раздел 6.2. Това твърдение не трябва да се тълкува като автоматична еквивалентност на всеки резултат, генериран съгласно двата стандарта. Трябва да се спазва приложимата процедура и изискванията за докладване на избрания стандарт.

Съдържание на вода в прахообразни или други приложими материални форми

За PF материали, доставени във форма, обхваната от приложим метод за водно съдържание, водното съдържание е параметър, отделен от водопоглъщането на втвърден твърд образец. ISO 15512:2019 обхваща пластмаси под формата на прах, гранули и готови изделия. Той изрично разграничава тези измервания от кинетиката на водопоглъщане и равновесието, измерено от ISO 62. Не трябва да се приема, че се прилага за всяка система от течна PF смола.

Как формулировката и състоянието на материала влияят на тълкуването

Данните за водопоглъщането трябва да се припишат на целия тестван материал. Образец от втвърдена чиста смола, напълнена формовъчна смес, ламинат и подсилен композит са различни тестови обекти. Стойност, измерена за един, не трябва да се прехвърля директно на друг без представителни доказателства. Стойност, измерена за сурова смола или един определен образец, не трябва сама по себе си да се третира като стойност на водопоглъщане на различен формулиран или завършен материал.

Как да сравняваме данните за водопоглъщане

Смисленото сравнение изисква еквивалентни условия на изпитване или ясно отчитане на съответните разлики. Следното е практическа рамка за сравнение, а не пълен контролен списък за отчитане, предписан от ASTM D570 или ISO 62. Преди да сравните две стойности на водопоглъщане, потвърдете следното:

• Точен материал или обозначение на класа
• Състояние на материала (чиста смола, смес, ламинат, композит)
• Тип смола, където е приложимо
• Подробности за формулата (пълнители, подсилвания, добавки)
• Състояние на лечение
• Метод на изпитване и издание (ASTM D570-22, ISO 62:2008 или друго)
• Размери на образеца
• Процедура за кондициониране
• Среда на експозиция (течна вода или влажен въздух)
• температура
• Продължителност
• Дали стойността представлява определена продължителност или резултат от равновесие
• База и единици за изчисление
• Критерии за приемане и тяхната техническа основа

Разликите в състоянието на материала, подготовката на пробата, условията на експозиция, метода или базата за докладване трябва да бъдат разрешени, преди стойностите да се третират като директно сравними.

TDS, CoA и доклад от теста

Следните разграничения са практически съображения за документиране, а не дефиниции на документи, предписани от ASTM D570, ISO 62 или ISO 15512.

Листът с технически данни (TDS) може да представя типична, номинална или спецификационна информация за даден материал. Сертификатът за анализ (CoA), където е предоставен, може да докладва резултати, специфични за партида или партида, и може също така да изброява съответните допустими граници. Докладът от изпитването може да идентифицира метода на изпитване, образеца или пробата, условията и докладвания резултат.

Форматът и съдържанието на документа варират според доставчика, материала и сделката. Поради това купувачите трябва да проверят дали дадена отчетена стойност представлява типично свойство, ограничение на спецификацията или резултат от тест, специфичен за партида.

Често срещани грешки при тълкуването

Грешка 1: Всички PF смоли имат една стандартна стойност на водопоглъщане.

Корекция: Водопоглъщането е свойство на определен материал в определено състояние, измерено при определени условия.

Грешка 2: Стойността на водното съдържание на прах е равна на водопоглъщането на втвърдена смола.

Корекция: Съдържанието на вода (ISO 15512) и абсорбцията на вода (ISO 62) са различни измервания.

Грешка 3: Само класификацията Novolac/Resole предсказва абсорбцията на вода.

Корекция: Сравнението изисква контролирани проби и условия.

Грешка 4: Резултатите от ASTM D570 и ISO 62 са автоматично взаимозаменяеми.

Корекция: ASTM D570 посочва техническа еквивалентност с ISO 62 само когато се използва образецът, описан в ASTM D570, раздел 6.2.

Грешка 5: Резултатът от чиста смола автоматично предвижда запълнен композит или завършен компонент.

Корекция: Чистата смола, смесите с пълнеж, ламинатите, композитите и готовите компоненти са различни системи от материали или тестови обекти. Резултат от едно не трябва автоматично да се прехвърля към друго.

Грешка 6: TDS типична стойност автоматично е партиден резултат.

Корекция: TDS, CoA и докладите от тестове изпълняват различни функции.

Какво трябва да посочат купувачите

Когато се изискват или оценяват данни за водопоглъщането на PF смола, трябва да се посочи следната информация, когато е уместна за приложението:

• Форма на смола/материал (течност, твърдо вещество, прах, люспи и др.)
• Обозначаване на степен
• Клас на смола, където е приложимо (новолак или резол)
• Предвидена формула и път на обработка
• Състояние на втвърдяване на тестовия обект
• Обект на изпитване (чиста смола, формовъчна смес, ламинат, композит, завършена част)
• Тестови стандарт и издание
• Геометрия на образеца
• Процедура за кондициониране
• Среда на експозиция, температура и продължителност
• Граница на приемливост и нейната техническа основа
• Изисква се документация (TDS, CoA, протокол от изпитване)

Методът за изпитване трябва да бъде избран според формата на материала и оценяваното свойство; ASTM D570 и ISO 62 се отнасят до водопоглъщането на приложими твърди пластмаси, докато ISO 15512 се отнася до водното съдържание в посочения обхват. Не всеки сценарий на доставка изисква всички тези спецификации, но яснотата относно състоянието на материала и условията на изпитване е от съществено значение за смислено сравнение на данните.

Заключение

Водопоглъщането нафенолформалдехидна смолане може да бъде представено с едно универсално число. Това е свойство на конкретен материал в конкретно състояние, измерено при определени условия с помощта на определен метод. Докладваните стойности са полезни за сравнение само когато са известни идентичността на материала, състоянието на втвърдяване, подготовката на пробата, условията на експозиция и методът за изпитване. Водопоглъщането и водното съдържание са различни понятия, изискващи различни методи за изпитване. За сравнение, свързано с приложението, данните от представителна втвърдена формула, образец или готов материал може да са по-информативни от стойност, измерена върху материално различен тестов обект.

Професионален CTA

Клиентите, оценяващи фенол-формалдехидна смола за приложения, чувствителни към влага, могат да предоставят формата на смолата или материала, предвидената формула, тестовия обект, приложим метод за абсорбция на вода или метод за водно съдържание, условия на експозиция или кондициониране и критерии за приемане, така че наличната документация за клас да може да бъде прегледана спрямо заявеното изискване.

Референции

[1] ASTM International. (2022). ASTM D570-22, Стандартен метод за изпитване на водопоглъщане на пластмаси.https://doi.org/10.1520/D0570-22

[2] Международна организация по стандартизация. (2008). ISO 62:2008, Пластмаси - Определяне на водопоглъщането (3-то издание).
https://www.iso.org/standard/41672.html

[3] Международна организация по стандартизация. (2019 г.). ISO 15512:2019, Пластмаси - Определяне на съдържанието на вода (5-то издание).
https://www.iso.org/standard/73834.html

[4] Pilato, LA (Ed.). (2010). Фенолни смоли: век на прогрес. Спрингер Берлин, Хайделберг.https://doi.org/10.1007/978-3-642-04714-5

[5] Asim, M., Saba, N., Jawaid, M., Nasir, M., Pervaiz, M., & Alothman, OY (2018). Преглед на фенолната смола и нейните композити. Текуща аналитична химия, 14 (3), 185–197.https://doi.org/10.2174/1573411013666171003154410