Uvod
Fenol-formaldehidne (PF) smolesu sistemi termoreaktivne smole koji se koriste u smjesama za kalupljenje, laminatima, kompozitima i drugim sistemima industrijskih materijala. Budući da upijanje vlage može biti relevantno za procjenu dimenzija, električnih ili mehaničkih svojstava u plastici, apsorpcija vode je praktična pažnja kada se procjenjuju materijali na bazi PF pod definiranim uvjetima rada ili ispitivanja. Međutim, ne postoji jedinstvena vrijednost apsorpcije vode koja karakterizira sve materijale fenol-formaldehidne smole. Smisaoni odgovor zahtijeva jasnu definiciju stanja materijala, formulacije, geometrije uzorka, kondicioniranja, uslova izlaganja i metode ispitivanja.
Kratak odgovor
Ne postoji jedinstvena vrijednost apsorpcije vode koja se univerzalno primjenjuje na sve materijale fenol-formaldehidne smole. Prijavljeni rezultat upijanja vode treba da identifikuje 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, smjese za kalupljenje, laminata ili kompozita ne tretiraju kao zamjenjivi. Jednako važno, apsorpcija vode i sadržaj vode su različiti koncepti koji zahtijevaju različite metode ispitivanja i odgovaraju na različita pitanja.
Koji se materijal zapravo testira?
Za tumačenje apsorpcije vode, materijale koji se odnose na PF možda treba razlikovati po stanju materijala i formulaciji. Relevantni testni objekti mogu uključivati:
- Nestvrdnuta tečna smola ili rastvor smole
- Čvrsta smola, uključujući ljuspice ili druge isporučene čvrste oblike
- Smola u prahu
- Djelomično očvršćen materijal
- Potpuno očvrsnuti uzorak od čiste smole
- Fenolna smjesa za oblikovanje
- Laminat
- Ispunjena formulacija
- Kompozit ojačan vlaknima
- Gotova komponenta
Ova stanja materijala i formulacije nisu zamjenjivi objekti ispitivanja. Vrijednost apsorpcije vode dobivena iz jednog materijalnog stanja ne predviđa automatski ponašanje drugog. Ne treba pretpostaviti da rezultat dobijen za jedno stanje materijala predstavlja formulisano jedinjenje, kompozit, laminat ili gotovu komponentu bez odgovarajuće osnove za poređenje.
Apsorpcija vode nije isto što i sadržaj vode
Ova razlika je fundamentalna za ispravno tumačenje podataka o PF smoli.
Apsorpcija vode se odnosi na proces kojim materijal preuzima vodu iz svog okruženja pod definisanim uslovima izloženosti. Mjeri se na čvrstim uzorcima korištenjem procedura 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 ove metode ne testiraju kinetiku apsorpcije vode i ravnotežu mjerenu prema ISO 62.
Za prah ili druge primjenjive oblike materijala, sadržaj vode može biti specificiran ili izmjeren kao poseban parametar materijala. Ne treba ga zamijeniti za apsorpciju vode izliječenog uzorka. Suprotno tome, rezultat apsorpcije vode iz osušenog uzorka ne opisuje sadržaj vode u sirovom materijalu prije obrade.
Zašto Univerzalni PF broj za apsorpciju vode nije prikladan
Nekoliko faktora utiče na ponašanje upijanja vode i treba ih identifikovati tamo gde je relevantno za tumačenje ili poređenje:
- Oblik materijala: čista smola, smjesa za oblikovanje, laminat i kompozit su različiti objekti za ispitivanje.
- Formulacija smole: čista smola, punjene smjese, laminati i ojačani kompoziti su različiti sistemi materijala, tako da rezultate treba pripisati testiranoj formulaciji.
- Stanje očvršćavanja: stanje očvršćavanja treba biti identificirano prilikom izvještavanja ili poređenja uzoraka jer se ne bi trebalo pretpostaviti da različito pripremljeni uzorci predstavljaju isti objekt ispitivanja.
- Geometrija uzorka: debljina i izložena površina utiču na brzinu i prividni obim apsorpcije.
- Priprema uzorka: priprema, dimenzije i kondicioniranje trebaju biti identificirani tamo gdje je to specificirano odabranom metodom ispitivanja.
- Kondicioniranje i izlaganje: temperatura, medij (tečna voda naspram vlažnog zraka) i trajanje su relevantni.
- Metoda ispitivanja: ASTM D570 i ISO 62 razlikuju se po specifikaciji uzorka, proceduri i osnovi izvještavanja.
Rezultat upijanja vode je razumljiviji kada su dostupne relevantne informacije o materijalu, uzorku, kondicioniranju i izloženosti. Bez takvih informacija, brojka o apsorpciji vode ima ograničenu uporednu vrijednost.
Novolac i Resol: Klasifikacija ne određuje rezultat testa
Novolaci i rezoli su različite klase unutarfenolne smole. Novolaci su generalno termoplastični fenolni predpolimeri koji se obično kombinuju sa sistemom očvršćavanja kao što je heksametilentetramin (HMTA) da formiraju termoset, dok su rezoli fenolne smole koje reaguju na toplotu sposobne za dalje očvršćavanje.
Međutim, ova klasifikacija sama po sebi ne određuje upijanje vode osušene smjese za kalupljenje, laminata, kompozita ili gotovog dijela. Direktno poređenje materijala na bazi novolaka i materijala na bazi rezola zahtijeva da su uzorci pripremljeni, osušeni i testirani u ekvivalentnim uvjetima. U nedostatku takvog kontrolisanog poređenja, ne može se tvrditi generalni rang.
ASTM D570-22
ASTM D570-22 pokriva određivanje relativne stope apsorpcije vode plastikom kada je uronjena. Njegov opseg obuhvata livene, toplo livene i hladno livene smolne proizvode, homogenu i laminiranu plastiku u obliku šipke i cevi, i listove debljine 0,13 mm ili veće.
Standard napominje da vrijeme do zasićenja jako ovisi o debljini uzorka, te da odnos između sadržaja vlage i svojstava kao što su otpor električne izolacije, dielektrični gubici, mehanička čvrstoća i dimenzije ovisi o vrsti izlaganja, obliku dijela i svojstvima svojstava materijala. ASTM D570 je metoda ispitivanja, a ne specifikacija proizvoda specifična za PF. Da li je rezultat D570 potreban za određeni materijal treba utvrditi primjenjivom specifikacijom nabavke ili proizvoda.
ISO 62:2008
ISO 62:2008 opisuje postupke za određivanje apsorpcije vlage u smjeru debljine čvrste plastike i za određivanje količine vode koju apsorbiraju uzorci definisanih dimenzija uronjenih u vodu ili izloženih vlažnom zraku. Primjenjivo je na čvrstu plastiku, ali izričito isključuje celularnu plastiku, granulate i prah.
ISO 62 pruža kontrolisane procedure za poređenje apsorpcije vode definisanih uzoraka čvrste plastike pod određenim uslovima izlaganja. ISO 62 definira okvir za ispitivanje upijanja vode od plastike; njegovu primjenjivost na određeni PF materijal treba utvrditi iz obrasca materijala i relevantne specifikacije.
ASTM D570 naspram ISO 62
I ASTM D570 i ISO 62 bave se apsorpcijom vode čvrste plastike, ali se razlikuju po obimu, specifikaciji uzorka i detaljima procedure. ASTM D570-22 navodi tehničku ekvivalenciju sa ISO 62 kada se koristi uzorak opisan u ASTM D570 odjeljku 6.2. Ovu izjavu ne treba tumačiti kao automatsku ekvivalentnost svakog rezultata generiranog prema ova dva standarda. Moraju se poštovati primenljiva procedura i zahtevi za izveštavanje izabranog standarda.
Sadržaj vode u prahu ili drugim primjenjivim oblicima materijala
Za PF materijale koji se isporučuju u obliku pokrivenom primjenjivom metodom sadržaja vode, sadržaj vode je poseban parametar od apsorpcije vode očvrslog čvrstog uzorka. ISO 15512:2019 pokriva plastiku u obliku praha, granula i gotovih proizvoda. On eksplicitno razlikuje ta mjerenja od kinetike apsorpcije vode i ravnoteže mjerene prema ISO 62. Ne treba pretpostaviti da se primjenjuje na svaki tekući PF sistem smole.
Kako formulacija i stanje materijala utječu na interpretaciju
Podaci o apsorpciji vode trebaju se pripisati kompletnom testiranom materijalu. Stvrdnuti uzorak čiste smole, punjena smjesa za kalupljenje, laminat i ojačani kompozit različiti su objekti za ispitivanje. Vrijednost koja je izmjerena za jednu ne bi trebala biti prenijeta direktno na drugu bez reprezentativnih dokaza. Vrijednost izmjerena za sirovu smolu ili jedan definisani uzorak ne treba sama po sebi biti tretirana kao vrijednost upijanja vode različitog formuliranog ili gotovog materijala.
Kako uporediti podatke o apsorpciji vode
Smisleno poređenje zahteva ekvivalentne uslove testiranja ili jasan prikaz relevantnih razlika. Ovo je praktičan okvir za poređenje, a ne kompletna kontrolna lista za izveštavanje propisana ASTM D570 ili ISO 62. Pre nego što uporedite dve vrednosti apsorpcije vode, potvrdite sledeće:
- Tačna oznaka materijala ili razreda
- Stanje materijala (čista smola, smjesa, laminat, kompozit)
- Vrsta smole gdje je relevantno
- Detalji formulacije (punila, pojačanja, aditivi)
- Cure state
- Metoda ispitivanja i izdanje (ASTM D570-22, ISO 62:2008 ili drugi)
- Dimenzije uzorka
- Postupak kondicioniranja
- Medijum izlaganja (tečna voda ili vlažan vazduh)
- Temperatura
- Trajanje
- Predstavlja li vrijednost određeno trajanje ili ravnotežni rezultat
- Osnova obračuna i jedinice
- Kriterijumi prihvatljivosti i njihova tehnička osnova
Razlike u stanju materijala, pripremi uzoraka, uslovima izloženosti, metodi ili osnovi za izvještavanje treba riješiti prije nego što se vrijednosti tretiraju kao direktno uporedive.
TDS, CoA i izvještaj o ispitivanju
Sljedeće razlike su praktična razmatranja dokumentacije, a ne definicije dokumenata propisane ASTM D570, ISO 62 ili ISO 15512.
Tehnički list (TDS) može predstavljati tipične, nominalne informacije ili informacije o opsegu specifikacije za materijal. Certifikat o analizi (CoA), ako je isporučen, može saopćiti rezultate specifične za seriju ili seriju i može navesti relevantne granice prihvatljivosti. Izveštaj o ispitivanju može da identifikuje metodu ispitivanja, uzorak ili uzorak, uslove i prijavljen rezultat.
Format i sadržaj dokumenta razlikuju se u zavisnosti od dobavljača, materijala i transakcije. Kupci bi stoga trebali provjeriti predstavlja li prijavljena vrijednost tipično svojstvo, ograničenje specifikacije ili rezultat testa specifičan za seriju.
Uobičajene greške u tumačenju
Greška 1: Sve PF smole imaju jednu standardnu vrijednost upijanja vode.
Korekcija: Upijanje vode je svojstvo definisanog materijala u definisanom stanju, mereno pod definisanim uslovima.
Greška 2: Vrijednost sadržaja vode u prahu jednaka je apsorpciji vode osušene smole.
Ispravka: Sadržaj vode (ISO 15512) i apsorpcija vode (ISO 62) su različite mjere.
Greška 3: Klasifikacija Novolac/resole sama po sebi predviđa apsorpciju vode.
Ispravka: Za poređenje su potrebni kontrolirani uzorci i uvjeti.
Greška 4: ASTM D570 i ISO 62 rezultati su automatski zamjenjivi.
Ispravka: ASTM D570 navodi tehničku ekvivalenciju sa ISO 62 samo kada se koristi uzorak opisan u ASTM D570 odjeljku 6.2.
Greška 5: rezultat čiste smole automatski predviđa ispunjeni kompozit ili gotovu komponentu.
Ispravka: Čista smola, punjene smjese, laminati, kompoziti i gotove komponente su različiti materijalni sistemi ili ispitni objekti. Rezultat od jednog ne bi trebalo automatski da se prenosi na drugi.
Greška 6: TDS tipična vrijednost je automatski rezultat serije.
Ispravka: TDS, CoA i izvještaji o ispitivanju služe različitim funkcijama.
Šta bi kupci trebali navesti
Kada se traže ili procjenjuju podaci o apsorpciji vode PF smole, sljedeće informacije treba navesti tamo gdje su relevantne za primjenu:
- Oblik smole/materijala (tečnost, čvrsta materija, prah, ljuspice, itd.)
- Oznaka razreda
- Klasa smole gdje je relevantno (novolac ili resole)
- Predviđena formulacija i put obrade
- Stanje ozdravljenja testnog objekta
- Ispitni objekt (čista smola, smjesa za oblikovanje, laminat, kompozit, gotovi dio)
- Testni standard i izdanje
- Geometrija uzorka
- Postupak kondicioniranja
- Medij ekspozicije, temperatura i trajanje
- Granica prihvatanja i njena tehnička osnova
- Potrebna dokumentacija (TDS, CoA, izvještaj o ispitivanju)
Metodu ispitivanja treba odabrati prema obliku materijala i svojstvu koje se procjenjuje; ASTM D570 i ISO 62 se odnose na apsorpciju vode primenljive čvrste plastike, dok se ISO 15512 bavi sadržajem vode u okviru svog navedenog opsega. Ne zahtijeva svaki scenario nabavke sve ove specifikacije, ali jasnoća stanja materijala i uvjeta ispitivanja je neophodna za smisleno poređenje podataka.
Zaključak
Apsorpcija vode odfenol-formaldehidne smolene može se predstaviti jednim univerzalnim brojem. To je svojstvo specifičnog materijala u određenom stanju, mjereno pod definiranim uvjetima korištenjem definirane metode. Prijavljene vrijednosti su korisne za poređenje samo kada su poznati identitet materijala, stanje očvršćavanja, priprema uzorka, uslovi izlaganja i metoda ispitivanja. Apsorpcija vode i sadržaj vode su različiti koncepti koji zahtijevaju različite metode ispitivanja. Za poređenje relevantno za primjenu, podaci iz reprezentativne očvrsnute formulacije, uzorka ili gotovog materijala mogu biti informativniji od vrijednosti izmjerene na materijalno različitom objektu ispitivanja.
Profesionalni CTA
Kupci koji procjenjuju fenol-formaldehidnu smolu za primjenu osjetljivu na vlagu mogu dati oblik smole ili materijala, predviđenu formulaciju, objekt testiranja, primjenjivu metodu apsorpcije vode ili metodu sadržaja vode, uslove izlaganja ili kondicioniranja i kriterije prihvatljivosti tako da se dostupna dokumentacija kvaliteta može pregledati u odnosu na navedene zahtjeve.
Reference
[1] ASTM International. (2022). ASTM D570-22, Standardna metoda ispitivanja za upijanje vode plastike.https://doi.org/10.1520/D0570-22
[2] Međunarodna organizacija za standardizaciju. (2008). ISO 62:2008, Plastika - Određivanje upijanja vode (3. izdanje).
https://www.iso.org/standard/41672.html
[3] Međunarodna organizacija za standardizaciju. (2019). ISO 15512:2019, Plastika - Određivanje sadržaja vode (5. izdanje).
https://www.iso.org/standard/73834.html
[4] Pilato, LA (ur.). (2010). Fenolne smole: vek napretka. Springer Berlin, Hajdelberg.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 njenih kompozita. Current Analytical Chemistry, 14(3), 185–197.https://doi.org/10.2174/1573411013666171003154410