Uvod
Fenol-formaldehidne (PF) smolesu sustavi termoreaktivnih smola koji se koriste u smjesama za kalupljenje, laminatima, kompozitima i drugim sustavima industrijskih materijala. Budući da upijanje vlage može biti relevantno za procjenu dimenzionalnih, električnih ili mehaničkih svojstava u plastici, upijanje vode praktično je razmatranje pri procjeni materijala na bazi PF-a pod definiranim uvjetima rada ili ispitivanja. Međutim, ne postoji jedinstvena vrijednost upijanja vode koja karakterizira sve materijale fenol-formaldehidne smole. Svrsishodan odgovor zahtijeva jasnu definiciju stanja materijala, formulacije, geometrije uzorka, kondicioniranja, uvjeta izlaganja i metode ispitivanja.
Kratak odgovor
Ne postoji jedinstvena vrijednost upijanja vode koja bi se univerzalno odnosila na sve materijale fenol-formaldehidne smole. Prijavljeni rezultat upijanja vode trebao bi identificirati metodu ispitivanja, uzorak, kondicioniranje, medij izlaganja, temperaturu i trajanje. Za materijale na bazi PF-a, stanje materijala i formulaciju također treba identificirati tako da se podaci iz čiste smole, smjesa za kalupljenje, laminata ili kompozita ne tretiraju kao međusobno zamjenjivi. Jednako važno, upijanje vode i sadržaj vode su različiti koncepti koji zahtijevaju različite metode ispitivanja i odgovaraju na različita pitanja.
Koji se materijal zapravo ispituje?
Za tumačenje apsorpcije vode, materijale povezane s PF-om možda će trebati razlikovati prema stanju materijala i formulaciji. Relevantni ispitni objekti mogu uključivati:
- Nestvrdnuta tekuća smola ili otopina smole
- Čvrsta smola, uključujući ljuskice ili druge isporučene čvrste oblike
- Smola u prahu
- Djelomično stvrdnuti materijal
- Potpuno stvrdnuti uzorak čiste smole
- Fenolna smjesa za kalupljenje
- Laminat
- Punjena formulacija
- Kompozit ojačan vlaknima
- Gotova komponenta
Ova stanja materijala i formulacije nisu međusobno zamjenjivi ispitni objekti. Vrijednost upijanja vode dobivena iz jednog stanja materijala ne predviđa automatski ponašanje drugog. Rezultat dobiven za jedno stanje materijala ne bi se trebao smatrati da predstavlja formulirani spoj, kompozit, laminat ili gotovu komponentu bez odgovarajuće osnove za usporedbu.
Apsorpcija vode nije isto što i sadržaj vode
Ova je razlika temeljna za ispravno tumačenje podataka o PF smoli.
Apsorpcija vode odnosi se na proces kojim materijal uzima vodu iz okoline pod definiranim uvjetima izloženosti. Mjeri se na čvrstim uzorcima pomoću postupaka kao što su ASTM D570 ili ISO 62.
Sadržaj vode odnosi se na količinu vode koja je već prisutna u materijalu u vrijeme testiranja. ISO 15512:2019 specificira metode za određivanje sadržaja vode u plastici u obliku praha, granula i gotovih proizvoda i izričito navodi da te metode ne ispituju kinetiku apsorpcije vode i ravnotežu mjerenu ISO 62.
Za prah ili druge primjenjive materijalne oblike sadržaj vode može se specificirati ili mjeriti kao zasebni parametar materijala. Ne smije se zamijeniti za upijanje vode stvrdnutog uzorka. Suprotno tome, rezultat upijanja vode stvrdnutog uzorka ne opisuje sadržaj vode u sirovom materijalu prije obrade.
Zašto univerzalni PF broj apsorpcije vode nije prikladan
Nekoliko čimbenika utječe na ponašanje upijanja vode i treba ih identificirati tamo gdje je relevantno za tumačenje ili usporedbu:
- Oblik materijala: čista stvrdnuta smola, smjesa za kalupljenje, laminat i kompozit različiti su ispitni objekti.
- Formulacija smole: čista smola, spojevi s punilom, laminati i ojačani kompoziti različiti su sustavi materijala, tako da rezultate treba pripisati testiranoj formulaciji.
- Stanje otvrdnuća: stanje otvrdnuća treba identificirati pri izvješćivanju ili usporedbi uzoraka jer se ne bi trebalo pretpostaviti da različito pripremljeni uzorci predstavljaju isti predmet ispitivanja.
- Geometrija uzorka: debljina i izložena površina utječu na brzinu i prividni opseg apsorpcije.
- Priprema uzorka: pripremu, dimenzije i kondicioniranje treba identificirati tamo gdje je navedeno odabranom metodom ispitivanja.
- Kondicioniranje i izloženost: relevantni su temperatura, medij (tekuća voda naspram vlažnog zraka) i trajanje.
- Metoda ispitivanja: ASTM D570 i ISO 62 razlikuju se u specifikaciji uzorka, postupku i osnovi izvješća.
Rezultat upijanja vode lakše je protumačiti kada su dostupni podaci o relevantnom materijalu, uzorku, kondicioniranju i izloženosti. Bez takvih informacija, vrijednost upijanja vode ima ograničenu usporednu vrijednost.
Novolac i Resole: Klasifikacija ne određuje rezultat testa
Novolacs i resoles su različite klase unutarfenolne smole. Novolaci su općenito termoplastični fenolni prepolimeri koji se obično kombiniraju sa sustavom otvrdnjavanja kao što je heksametilentetramin (HMTA) kako bi se formirao duroplast, dok su rezoli fenolne smole reaktivne na toplinu sposobne za daljnje otvrdnjavanje.
Međutim, samo ova klasifikacija ne određuje upijanje vode stvrdnute mase za kalupljenje, laminata, kompozita ili gotovog dijela. Izravna usporedba materijala na bazi novolaka i rezola zahtijeva uzorke pripremljene, stvrdnute i testirane pod jednakim uvjetima. U nedostatku takve kontrolirane usporedbe, ne može se utvrditi opći poredak.
ASTM D570-22
ASTM D570-22 pokriva određivanje relativne stope upijanja vode plastikom kada je uronjena. Njegov opseg uključuje lijevane, toplo lijevane i hladno lijevane smolaste proizvode, homogenu i laminiranu plastiku u obliku šipki i cijevi te listove debljine 0,13 mm ili veće.
Standard napominje da vrijeme do zasićenja jako ovisi o debljini uzorka i da odnos između sadržaja vlage i svojstava kao što su otpor električne izolacije, dielektrični gubici, mehanička čvrstoća i dimenzije ovise o vrsti izloženosti, obliku dijela i inherentnim svojstvima materijala. ASTM D570 je metoda ispitivanja, a ne specifikacija proizvoda specifična za PF. Je li rezultat D570 potreban za određeni materijal trebalo bi utvrditi primjenjivom nabavom ili specifikacijom proizvoda.
ISO 62:2008
ISO 62:2008 opisuje postupke za određivanje apsorpcije vlage u smjeru pune plastike i za određivanje količine vode koju apsorbiraju uzorci definiranih dimenzija uronjeni u vodu ili izloženi vlažnom zraku. Primjenjiv je na čvrstu plastiku, ali izričito isključuje čeličastu plastiku, granulate i prahove.
ISO 62 pruža kontrolirane postupke za usporedbu upijanja vode definiranih čvrstih plastičnih uzoraka pod određenim uvjetima izloženosti. ISO 62 definira okvir ispitivanja upijanja vode od plastike; njegovu primjenjivost na određeni PF materijal treba utvrditi iz oblika materijala i relevantne specifikacije.
ASTM D570 u odnosu na ISO 62
I ASTM D570 i ISO 62 bave se upijanjem vode čvrste plastike, ali se razlikuju u opsegu, specifikaciji uzorka i detaljima postupka. ASTM D570-22 navodi tehničku istovjetnost s ISO 62 kada se koristi uzorak opisan u odjeljku 6.2 ASTM D570. Ovu izjavu ne treba tumačiti kao automatsku istovjetnost svakog rezultata generiranog prema dva standarda. Moraju se slijediti primjenjivi postupci i zahtjevi za izvješćivanje odabrane norme.
Sadržaj vode u prahu ili drugim primjenjivim oblicima materijala
Za PF materijale koji se isporučuju u obliku obuhvaćenom primjenjivom metodom sadržaja vode, sadržaj vode je odvojen parametar od apsorpcije vode stvrdnutog krutog uzorka. ISO 15512:2019 pokriva plastiku u obliku praha, granula i gotovih proizvoda. Izričito razlikuje ta mjerenja od kinetike apsorpcije vode i ravnoteže mjerene ISO 62. Ne treba pretpostaviti da se primjenjuje na svaki sustav tekuće PF smole.
Kako formulacija i stanje materijala utječu na tumačenje
Podatke o upijanju vode treba pripisati cjelokupnom ispitanom materijalu. Uzorak stvrdnute čiste smole, punjena smjesa za kalupljenje, laminat i ojačani kompozit različiti su predmeti ispitivanja. Vrijednost izmjerena za jednog ne bi se trebala prenositi izravno na drugog bez reprezentativnog dokaza. Vrijednost izmjerena za sirovu smolu ili jedan definirani uzorak ne treba se sama po sebi smatrati vrijednošću upijanja vode različitog formuliranog ili gotovog materijala.
Kako usporediti podatke o upijanju vode
Smislena usporedba zahtijeva ekvivalentne uvjete ispitivanja ili jasan prikaz relevantnih razlika. Sljedeće je okvir za praktičnu usporedbu, a ne potpuni kontrolni popis za izvješćivanje koji propisuje ASTM D570 ili ISO 62. Prije usporedbe dviju vrijednosti upijanja vode, potvrdite sljedeće:
- Točna oznaka materijala ili razreda
- Stanje materijala (čista smola, smjesa, laminat, kompozit)
- Vrsta smole gdje je relevantno
- Pojedinosti o formulaciji (punila, pojačala, aditivi)
- Izliječeno stanje
- Metoda ispitivanja i izdanje (ASTM D570-22, ISO 62:2008 ili drugo)
- Dimenzije uzorka
- Postupak kondicioniranja
- Medij izloženosti (tekuća voda ili vlažan zrak)
- Temperatura
- Trajanje
- Predstavlja li vrijednost određeno trajanje ili rezultat ravnoteže
- Obračunske osnove i jedinice
- Kriteriji prihvatljivosti i njihova tehnička osnova
Razlike u stanju materijala, pripremi uzorka, uvjetima izlaganja, metodi ili osnovi za izvješćivanje treba riješiti prije nego što se vrijednosti tretiraju kao izravno usporedive.
TDS, CoA i izvješće o ispitivanju
Sljedeće razlike su praktična razmatranja dokumentacije, a ne definicije dokumenata koje propisuje ASTM D570, ISO 62 ili ISO 15512.
List s tehničkim podacima (TDS) može sadržavati tipične, nominalne podatke ili informacije o rasponu specifikacija za materijal. Certifikat analize (CoA), ako je isporučen, može izvijestiti o rezultatima specifičnim za seriju ili seriju i također može navesti relevantne granice prihvatljivosti. Izvješće o ispitivanju može identificirati metodu ispitivanja, uzorak ili uzorak, uvjete i prijavljeni rezultat.
Format i sadržaj dokumenta razlikuju se ovisno o dobavljaču, materijalu i transakciji. Kupci bi stoga trebali provjeriti predstavlja li prijavljena vrijednost tipično svojstvo, ograničenje specifikacije ili rezultat ispitivanja specifične za seriju.
Uobičajene pogreške u tumačenju
Pogreška 1: Sve PF smole imaju jednu standardnu vrijednost upijanja vode.
Ispravak: Upijanje vode je svojstvo definiranog materijala u definiranom stanju, mjereno pod definiranim uvjetima.
Pogreška 2: Vrijednost udjela vode u prahu jednaka je upijanju vode stvrdnute smole.
Ispravak: sadržaj vode (ISO 15512) i upijanje vode (ISO 62) različita su mjerenja.
Pogreška 3: Samo klasifikacija Novolac/rezol predviđa upijanje vode.
Ispravak: Usporedba zahtijeva kontrolirane uzorke i uvjete.
Pogreška 4: rezultati ASTM D570 i ISO 62 automatski su zamjenjivi.
Ispravak: ASTM D570 navodi tehničku istovjetnost s ISO 62 samo kada se koristi uzorak opisan u odjeljku 6.2 ASTM D570.
Pogreška 5: uredan rezultat smole automatski predviđa ispunjeni kompozit ili gotovu komponentu.
Ispravak: čista smola, punjene smjese, laminati, kompoziti i gotove komponente različiti su sustavi materijala ili ispitni objekti. Rezultat jednog ne bi se trebao automatski prenijeti na drugi.
Pogreška 6: TDS tipična vrijednost automatski je skupni rezultat.
Ispravak: TDS, CoA i izvješća o ispitivanju imaju različite funkcije.
Što kupci trebaju navesti
Kada se traže ili procjenjuju podaci o upijanju vode PF smole, treba navesti sljedeće informacije gdje je relevantno za primjenu:
- Oblik smole/materijala (tekućina, krutina, prah, pahuljice, itd.)
- Oznaka razreda
- Klasa smole gdje je relevantno (novolac ili resole)
- Predviđena formulacija i način obrade
- Stanje polimerizacije ispitivanog objekta
- Ispitni objekt (čista smola, smjesa za kalupljenje, laminat, kompozit, gotovi dio)
- Testni standard i izdanje
- Geometrija uzorka
- Postupak kondicioniranja
- Medij izlaganja, temperatura i trajanje
- Limit prihvatljivosti i njegova tehnička osnova
- Potrebna dokumentacija (TDS, CoA, izvješće o ispitivanju)
Metodu ispitivanja treba odabrati prema obliku materijala i svojstvu koje se ocjenjuje; ASTM D570 i ISO 62 odnose se na upijanje vode primjenjive čvrste plastike, dok se ISO 15512 bavi sadržajem vode unutar svog navedenog opsega. Ne zahtijeva svaki scenarij nabave sve ove specifikacije, ali jasnoća stanja materijala i uvjeta ispitivanja ključna je za značajnu usporedbu podataka.
Zaključak
Apsorpcija vodefenol-formaldehidna smolane može se prikazati jednim univerzalnim brojem. To je svojstvo određenog materijala u određenom stanju, mjereno pod definiranim uvjetima korištenjem definirane metode. Prijavljene vrijednosti korisne su za usporedbu samo kada su poznati identitet materijala, stanje otvrdnjavanja, priprema uzorka, uvjeti izloženosti i metoda ispitivanja. Apsorpcija vode i sadržaj vode su različiti koncepti koji zahtijevaju različite metode ispitivanja. Za usporedbu relevantnu za primjenu, podaci iz reprezentativne otvrdnute formulacije, uzorka ili gotovog materijala mogu biti informativniji od vrijednosti izmjerene na materijalno drugačijem ispitivanom objektu.
Profesionalni CTA
Kupci koji ocjenjuju fenol-formaldehidnu smolu za aplikacije osjetljive na vlagu mogu dati oblik smole ili materijala, namjeravanu formulaciju, predmet ispitivanja, primjenjivu metodu apsorpcije vode ili metodu sadržaja vode, uvjete izloženosti ili kondicioniranja i kriterije prihvatljivosti kako bi se dostupna dokumentacija o ocjeni mogla pregledati u odnosu na navedeni zahtjev.
Reference
[1] ASTM International. (2022). ASTM D570-22, Standardna ispitna metoda za upijanje vode plastike.https://doi.org/10.1520/D0570-22
[2] Međunarodna organizacija za normizaciju. (2008). ISO 62:2008, Plastika - Određivanje upijanja vode (3. izdanje).
https://www.iso.org/standard/41672.html
[3] Međunarodna organizacija za normizaciju. (2019). ISO 15512:2019, Plastika - Određivanje sadržaja vode (5. izdanje).
https://www.iso.org/standard/73834.html
[4] Pilato, LA (Ur.). (2010). Fenolne smole: stoljeće napretka. Springer Berlin, Heidelberg.https://doi.org/10.1007/978-3-642-04714-5
[5] Asim, M., Saba, N., Jawaid, M., Nasir, M., Pervaiz, M., & Alothman, OY (2018). Pregled fenolne smole i njezinih kompozita. Current Analytical Chemistry, 14(3), 185–197.https://doi.org/10.2174/1573411013666171003154410