Какова скорость водопоглощения фенолформальдегидной смолы?

Введение

Фенолформальдегидные (ПФ) смолыпредставляют собой системы термореактивных смол, используемые в формовочных массах, ламинатах, композитах и ​​других системах промышленных материалов. Поскольку поглощение влаги может иметь значение для оценки размеров, электрических или механических свойств пластмасс, водопоглощение является практическим фактором при оценке материалов на основе PF в определенных условиях эксплуатации или испытаний. Однако не существует единого показателя водопоглощения, характеризующего все материалы фенолформальдегидной смолы. Для значимого ответа требуется четкое определение состояния материала, состава, геометрии образца, условий его кондиционирования, условий воздействия и метода испытаний.

Короткий ответ

Не существует единого показателя водопоглощения, универсального для всех материалов на основе фенолформальдегидной смолы. Отчетный результат водопоглощения должен указывать метод испытания, образец, кондиционирование, среду воздействия, температуру и продолжительность. Для материалов на основе PF также необходимо определить состояние и состав материала, чтобы данные по чистой смоле, формовочным массам, ламинатам или композитам не рассматривались как взаимозаменяемые. Не менее важно и то, что водопоглощение и содержание воды — это разные понятия, которые требуют разных методов испытаний и отвечают на разные вопросы.

Какой материал на самом деле тестируется?

Для интерпретации водопоглощения, возможно, потребуется различать материалы, связанные с PF, по состоянию материала и составу. Соответствующие объекты тестирования могут включать в себя:

• Неотвержденная жидкая смола или раствор смолы
• Твердая смола, включая хлопья или другие поставляемые твердые формы
• Порошковая смола
• Частично отвержденный материал
• Полностью отвержденный образец чистой смолы
• Фенольный формовочный состав
• Ламинат
• Заполненная формула
• Армированный волокном композит
• Готовый компонент

Эти материальные состояния и формулировки не являются взаимозаменяемыми объектами испытаний. Значение водопоглощения, полученное для одного состояния материала, не позволяет автоматически предсказать поведение другого. Не следует предполагать, что результат, полученный для одного состояния материала, представляет собой составное соединение, композит, ламинат или готовый компонент без соответствующей базы сравнения.

Водопоглощение — это не то же самое, что содержание воды

Это различие имеет основополагающее значение для правильной интерпретации данных о смоле PF.

Водопоглощение относится к процессу, посредством которого материал поглощает воду из окружающей среды при определенных условиях воздействия. Его измеряют на твердых образцах с использованием таких процедур, как ASTM D570 или ISO 62.

Содержание воды относится к количеству воды, уже присутствующей в материале на момент испытания. ISO 15512:2019 определяет методы определения содержания воды в пластмассах в форме порошка, гранул и готовых изделий и прямо указывает, что эти методы не проверяют кинетику и равновесие водопоглощения, измеренные по ISO 62.

Для порошка или других применимых форм материала содержание воды может быть указано или измерено как отдельный параметр материала. Его не следует заменять водопоглощением отвержденного образца. И наоборот, результат водопоглощения отвержденного образца не описывает содержание воды в сырье до обработки.

Почему универсальный показатель водопоглощения PF не подходит

Несколько факторов влияют на поведение водопоглощения и должны быть идентифицированы, если это необходимо для интерпретации или сравнения:

• Форма материала: аккуратно затвердевшая смола, формовочная масса, ламинат и композит являются разными объектами испытаний.
• Состав смолы: чистая смола, наполненные компаунды, ламинаты и армированные композиты представляют собой отдельные системы материалов, поэтому результаты следует отнести к проверенному составу.
• Состояние отверждения: состояние отверждения должно быть указано при составлении отчета или сравнении образцов, поскольку не следует предполагать, что образцы, приготовленные по-разному, представляют собой один и тот же объект испытаний.
• Геометрия образца: толщина и площадь открытой поверхности влияют на скорость и видимую степень абсорбции.
• Подготовка образцов: подготовка, размеры и кондиционирование должны быть указаны там, где это указано выбранным методом испытаний.
• Кондиционирование и воздействие: температура, среда (жидкая вода или влажный воздух) и продолжительность имеют значение.
• Метод испытания: ASTM D570 и ISO 62 различаются спецификациями образцов, процедурой и основой отчетности.

Результат водопоглощения легче интерпретировать, если доступна информация о соответствующем материале, образце, условиях и воздействии. Без такой информации показатель водопоглощения имеет ограниченную сравнительную ценность.

Новолак и резоль: классификация не определяет результат теста

Новолаки и резоли представляют собой отдельные классы внутрифенольные смолы. Новолаки обычно представляют собой термопластичные фенольные преполимеры, которые обычно комбинируются с системой отверждения, такой как гексаметилентетрамин (ГМТА), для образования термореактивного материала, тогда как резоли представляют собой термореактивные фенольные смолы, способные к дальнейшему отверждению.

Однако сама по себе эта классификация не определяет водопоглощение затвердевшей формовочной массы, ламината, композита или готовой детали. Прямое сравнение материалов на основе новолака и резола требует подготовки, отверждения и испытаний образцов в эквивалентных условиях. В отсутствие такого контролируемого сравнения невозможно установить общий рейтинг.

АСТМ Д570-22

ASTM D570-22 охватывает определение относительной скорости поглощения воды пластиком при погружении в воду. В сферу применения входят литые, горячеформованные и холодноформованные изделия из смолы, гомогенные и слоистые пластики в виде стержней и трубок, а также листы толщиной 0,13 мм и более.

В стандарте отмечается, что время насыщения сильно зависит от толщины образца и что взаимосвязь между содержанием влаги и такими свойствами, как сопротивление электрической изоляции, диэлектрические потери, механическая прочность и размеры, зависит от типа воздействия, формы детали и свойств материала. ASTM D570 — это метод испытаний, а не спецификация продукта, специфичная для PF. Требуется ли результат D570 для конкретного материала, должно быть установлено соответствующей спецификацией закупки или продукта.

ИСО 62:2008

В стандарте ISO 62:2008 описаны процедуры определения влагопоглощения твердых пластмасс по всей толщине, а также определения количества воды, поглощенной образцами определенных размеров, погруженными в воду или подвергающимися воздействию влажного воздуха. Он применим к твердым пластикам, но явно исключает пористые пластики, грануляты и порошки.

В стандарте ISO 62 предусмотрены контролируемые процедуры сравнения водопоглощения определенных образцов твердого пластика при определенных условиях воздействия. ISO 62 определяет структуру испытаний пластмасс на водопоглощение; его применимость к конкретному материалу PF должна быть установлена ​​на основе формы материала и соответствующей спецификации.

ASTM D570 в сравнении с ISO 62

И ASTM D570, и ISO 62 касаются водопоглощения твердых пластиков, но они различаются областью применения, характеристиками образцов и процедурными деталями. ASTM D570-22 устанавливает техническую эквивалентность ISO 62 при использовании образца, описанного в ASTM D570, раздел 6.2. Это утверждение не следует интерпретировать как автоматическую эквивалентность каждого результата, полученного в соответствии с двумя стандартами. Необходимо соблюдать применимую процедуру и требования к отчетности выбранного стандарта.

Содержание воды в порошке или других применимых материальных формах

Для материалов PF, поставляемых в форме, на которую распространяется применимый метод определения содержания воды, содержание воды является отдельным параметром от водопоглощения отвержденного твердого образца. ISO 15512:2019 распространяется на пластмассы в виде порошка, гранул и готовых изделий. Он явно отличает эти измерения от кинетики и равновесия водопоглощения, измеренных по стандарту ISO 62. Не следует предполагать, что это применимо к каждой жидкой системе смолы PF.

Как формулировка и состояние материала влияют на интерпретацию

Данные о водопоглощении следует отнести к полному испытанному материалу. Образец отвержденной чистой смолы, наполненная формовочная масса, ламинат и армированный композит являются разными объектами испытаний. Значение, измеренное для одного объекта, не должно быть перенесено непосредственно на другой без репрезентативных доказательств. Значение, измеренное для необработанной смолы или одного определенного образца, само по себе не должно рассматриваться как значение водопоглощения другого рецептурного или готового материала.

Как сравнить данные о водопоглощении

Значимое сравнение требует эквивалентных условий испытаний или четкого учета существенных различий. Ниже представлена ​​схема практического сравнения, а не полный контрольный список отчетов, предписанный ASTM D570 или ISO 62. Прежде чем сравнивать два значения водопоглощения, подтвердите следующее:

• Точное обозначение материала или марки
• Состояние материала (чистая смола, компаунд, ламинат, композит)
• Тип смолы, где это необходимо
• Детали рецептуры (наполнители, армирующие добавки, добавки)
• Состояние лечения
• Метод испытаний и редакция (ASTM D570-22, ISO 62:2008 или другие)
• Размеры образца
• Процедура кондиционирования
• Воздействующая среда (жидкая вода или влажный воздух)
• Температура
• Продолжительность
• Представляет ли значение результат заданной продолжительности или равновесный результат.
• База расчета и единицы измерения
• Критерии приемки и их техническая основа

Различия в состоянии материала, подготовке образцов, условиях воздействия, методе или основе отчетности должны быть устранены до того, как значения будут считаться непосредственно сопоставимыми.

TDS, CoA и отчет об испытаниях

Следующие различия представляют собой соображения практической документации, а не определения документов, предписанные ASTM D570, ISO 62 или ISO 15512.

В листе технических данных (TDS) может быть представлена ​​типичная, номинальная информация или информация о диапазоне технических характеристик материала. Сертификат анализа (CoA), если таковой имеется, может содержать результаты для конкретной партии или партии, а также может содержать соответствующие пределы приемлемости. В отчете об испытаниях могут быть указаны метод испытаний, образец или образец, условия и сообщаемый результат.

Формат и содержание документа различаются в зависимости от поставщика, материала и транзакции. Поэтому покупатели должны проверить, представляет ли заявленное значение типичное свойство, предел спецификации или результат испытаний для конкретной партии.

Распространенные ошибки интерпретации

Ошибка 1: Все смолы PF имеют одно стандартное значение водопоглощения.

Поправка: Водопоглощение – это свойство определенного материала в определенном состоянии, измеренное в определенных условиях.

Ошибка 2: Значение содержания воды в порошке равно водопоглощению отвержденной смолы.

Поправка: содержание воды (ISO 15512) и водопоглощение (ISO 62) — это разные измерения.

Ошибка 3: только классификация новолак/резола позволяет предсказать водопоглощение.

Поправка: для сравнения необходимы контролируемые образцы и условия.

Ошибка 4: результаты ASTM D570 и ISO 62 автоматически взаимозаменяемы.

Исправление: ASTM D570 заявляет о технической эквивалентности ISO 62 только в том случае, если используется образец, описанный в ASTM D570, раздел 6.2.

Ошибка 5. Результат «чистой смолы» автоматически указывает на наполненный композит или готовый компонент.

Исправление: чистая смола, наполненные компаунды, ламинаты, композиты и готовые компоненты представляют собой разные системы материалов или объекты испытаний. Результат одного не должен автоматически передаваться другому.

Ошибка 6: Типичное значение TDS автоматически является результатом партии.

Исправление: TDS, CoA и отчеты об испытаниях выполняют разные функции.

Что должны указать покупатели

При запросе или оценке данных о водопоглощении смолы PF необходимо указать следующую информацию, если это применимо к применению:

• Форма смолы/материала (жидкость, твердое вещество, порошок, чешуйки и т. д.)
• Обозначение класса
• Класс смолы, где это применимо (новолак или резола)
• Предполагаемый состав и маршрут обработки
• Состояние лечения тестируемого объекта
• Объект испытаний (чистая смола, формовочная масса, ламинат, композит, готовая деталь)
• Тестовый стандарт и версия
• Геометрия образца
• Процедура кондиционирования
• Среда воздействия, температура и продолжительность
• Предел приемки и его техническая основа
• Необходимая документация (TDS, CoA, протокол испытаний)

Метод испытания следует выбирать в зависимости от формы материала и оцениваемого свойства; ASTM D570 и ISO 62 касаются водопоглощения применимых твердых пластиков, тогда как ISO 15512 рассматривает содержание воды в установленном объеме. Не для каждого сценария закупок требуются все эти спецификации, но ясность в отношении состояния материала и условий испытаний необходима для значимого сравнения данных.

Заключение

Водопоглощениефенолформальдегидная смолане может быть представлено одним универсальным числом. Это свойство конкретного материала в определенном состоянии, измеренное в определенных условиях с использованием определенного метода. Сообщаемые значения полезны для сравнения только в том случае, если известны идентичность материала, степень отверждения, подготовка образца, условия воздействия и метод испытаний. Водопоглощение и содержание воды — это разные понятия, требующие разных методов испытаний. Для сравнения, релевантного для применения, данные репрезентативного отвержденного состава, образца или готового материала могут быть более информативными, чем значения, измеренные на существенно отличающемся испытуемом объекте.

Профессиональный призыв к действию

Заказчики, оценивающие фенолформальдегидную смолу для применения, чувствительного к влаге, могут предоставить форму смолы или материала, предполагаемую рецептуру, объект испытаний, применимый метод водопоглощения или метод определения содержания воды, условия воздействия или кондиционирования, а также критерии приемки, чтобы имеющуюся документацию по классу можно было проверить на соответствие заявленным требованиям.

Ссылки

[1] ASTM International. (2022). ASTM D570-22, Стандартный метод испытаний на водопоглощение пластмасс.https://doi.org/10.1520/D0570-22

[2] Международная организация по стандартизации. (2008). ISO 62:2008, Пластмассы. Определение водопоглощения (3-е изд.).
https://www.iso.org/standard/41672.html

[3] Международная организация по стандартизации. (2019). ISO 15512:2019, Пластмассы. Определение содержания воды (5-е изд.).
https://www.iso.org/standard/73834.html

[4] Пилато, Луизиана (ред.). (2010). Фенольные смолы: век прогресса. Шпрингер Берлин, Гейдельберг.https://doi.org/10.1007/978-3-642-04714-5

[5] Асим М., Саба Н., Джавайд М., Насир М., Перваиз М. и Алотман О.Ю. (2018). Обзор фенольной смолы и ее композитов. Текущая аналитическая химия, 14 (3), 185–197.https://doi.org/10.2174/1573411013666171003154410