Vad är vattenabsorptionshastigheten för fenolformaldehydharts?

Introduktion

Fenol-formaldehyd (PF) hartserär värmehärdande hartssystem som används i formmassa, laminat, kompositer och andra industriella materialsystem. Eftersom fuktupptagning kan vara relevant för utvärdering av dimensionella, elektriska eller mekaniska egenskaper i plast, är vattenabsorption ett praktiskt övervägande vid bedömning av PF-baserade material under definierade service- eller testförhållanden. Det finns dock inget enskilt värde för vattenabsorption som kännetecknar alla fenol-formaldehydhartsmaterial. Ett meningsfullt svar kräver en tydlig definition av materialets tillstånd, formulering, provets geometri, konditionering, exponeringsförhållanden och testmetod.

Kort svar

Det finns inget enskilt värde för vattenabsorption som gäller universellt för alla fenol-formaldehydhartsmaterial. Ett rapporterat vattenabsorptionsresultat bör identifiera testmetod, prov, konditionering, exponeringsmedium, temperatur och varaktighet. För PF-baserade material bör materialets tillstånd och sammansättning också identifieras så att data från ren harts, formmassa, laminat eller kompositer inte behandlas som utbytbara. Lika viktigt är att vattenabsorption och vattenhalt är distinkta begrepp som kräver olika testmetoder och svarar på olika frågor.

Vilket material testas egentligen?

För tolkning av vattenabsorption kan PF-relaterade material behöva särskiljas efter materialtillstånd och formulering. Relevanta testobjekt kan vara:

• Ohärdat flytande harts eller hartslösning
• Fast harts, inklusive flingor eller andra medföljande fasta former
• Pulverharts
• Delvis härdat material
• Fullhärdat prydligt hartsprov
• Fenolisk formmassa
• Laminera
• Fylld formulering
• Fiberförstärkt komposit
• Färdig komponent

Dessa materialtillstånd och formuleringar är inte utbytbara testobjekt. Ett vattenabsorptionsvärde som erhålls från ett materialtillstånd förutsäger inte automatiskt beteendet hos ett annat. Ett resultat som erhållits för ett materialtillstånd bör inte antas representera en sammansatt förening, komposit, laminat eller färdig komponent utan en lämplig jämförelsebas.

Vattenabsorption är inte detsamma som vatteninnehåll

Denna distinktion är grundläggande för att tolka PF-hartsdata korrekt.

Vattenabsorption avser den process genom vilken ett material tar upp vatten från sin miljö under definierade exponeringsförhållanden. Den mäts på fasta prover med hjälp av procedurer som ASTM D570 eller ISO 62.

Vattenhalt avser mängden vatten som redan finns i ett material vid testtillfället. ISO 15512:2019 specificerar metoder för att bestämma vattenhalt i plast i form av pulver, granulat och färdiga artiklar, och anger uttryckligen att dessa metoder inte testar för vattenabsorptionskinetik och jämvikt mätt enligt ISO 62.

För pulver eller andra tillämpliga materialformer kan vattenhalt anges eller mätas som en separat materialparameter. Det bör inte ersätta vattenabsorptionen av ett härdat prov. Omvänt beskriver ett vattenabsorptionsresultat från ett härdat prov inte vatteninnehållet i råmaterialet före bearbetning.

Varför ett universellt PF vattenabsorptionsnummer inte är lämpligt

Flera faktorer påverkar vattenabsorptionsbeteendet och bör identifieras där det är relevant för tolkning eller jämförelse:

• Materialform: snyggt härdat harts, formmassa, laminat och komposit är olika testobjekt.
• Hartsformulering: rent harts, fyllda föreningar, laminat och förstärkta kompositer är distinkta materialsystem, så resultaten bör tillskrivas den testade formuleringen.
• Härdningstillstånd: härdningstillståndet bör identifieras vid rapportering eller jämförelse av prover eftersom olika preparerade prover inte bör antas representera samma testobjekt.
• Provgeometri: tjocklek och exponerad yta påverkar absorptionshastigheten och den skenbara graden av absorption.
• Provberedning: beredning, dimensioner och konditionering ska identifieras där det anges av den valda testmetoden.
• Konditionering och exponering: temperatur, medium (flytande vatten kontra fuktig luft) och varaktighet är alla relevanta.
• Testmetod: ASTM D570 och ISO 62 skiljer sig åt i provspecifikation, procedur och rapporteringsgrund.

Ett vattenabsorptionsresultat är mer tolkbart när relevant material, prov, konditionering och exponeringsinformation finns tillgänglig. Utan sådan information har en vattenabsorptionssiffra ett begränsat jämförelsevärde.

Novolac and Resole: Klassificeringen bestämmer inte testresultatet

Novolacs och resoler är olika klasser inomfenolhartser. Novolacs är i allmänhet termoplastiska fenoliska prepolymerer som vanligtvis kombineras med ett härdningssystem såsom hexametylentetramin (HMTA) för att bilda en härdplast, medan resoler är värmereaktiva fenolhartser som kan härda ytterligare.

Denna klassificering ensam bestämmer dock inte vattenabsorptionen av en härdad formmassa, laminat, komposit eller färdig del. Direkt jämförelse av novolack-baserade och resol-baserade material kräver prover förberedda, härdade och testade under likvärdiga förhållanden. I avsaknad av en sådan kontrollerad jämförelse kan ingen generell rangordning göras gällande.

ASTM D570-22

ASTM D570-22 täcker bestämning av den relativa hastigheten för vattenabsorption av plast vid nedsänkning. Dess omfattning inkluderar gjutna, varmformade och kallgjutna hartsprodukter, homogena och laminerade plaster i stav- och rörform och plåtar med en tjocklek på 0,13 mm eller mer.

Standarden noterar att tiden till mättnad är starkt beroende av provets tjocklek och att förhållandet mellan fuktinnehåll och egenskaper såsom elektrisk isolationsresistans, dielektriska förluster, mekanisk hållfasthet och dimensioner beror på typen av exponering, delform och inneboende materialegenskaper. ASTM D570 är en testmetod snarare än en PF-specifik produktspecifikation. Huruvida ett D570-resultat krävs för ett visst material bör fastställas av tillämplig upphandling eller produktspecifikation.

ISO 62:2008

ISO 62:2008 beskriver procedurer för att bestämma fuktabsorption i tjockleksriktningen för fast plast och för att bestämma mängden vatten som absorberas av prover med definierade dimensioner nedsänkta i vatten eller exponerade för fuktig luft. Den är tillämplig på fast plast men utesluter uttryckligen cellplast, granulat och pulver.

ISO 62 tillhandahåller kontrollerade procedurer för att jämföra vattenabsorption av definierade fasta plastprover under specificerade exponeringsförhållanden. ISO 62 definierar ett ramverk för vattenabsorption av plast; dess tillämplighet på ett visst PF-material bör fastställas utifrån materialformen och den relevanta specifikationen.

ASTM D570 vs. ISO 62

Både ASTM D570 och ISO 62 adresserar vattenabsorption av fast plast, men de skiljer sig åt i omfattning, provspecifikation och procedurdetaljer. ASTM D570-22 anger teknisk likvärdighet med ISO 62 när det prov som beskrivs i ASTM D570 avsnitt 6.2 används. Detta uttalande ska inte tolkas som automatisk likvärdighet för varje resultat som genereras under de två standarderna. Tillämplig procedur och rapporteringskrav för den valda standarden måste följas.

Vatteninnehåll i pulver eller andra tillämpliga materialformer

För PF-material som tillhandahålls i en form som täcks av en tillämplig vattenhaltsmetod är vattenhalten en separat parameter från vattenabsorptionen av ett härdat fast prov. ISO 15512:2019 omfattar plast i form av pulver, granulat och färdiga artiklar. Den skiljer uttryckligen dessa mätningar från vattenabsorptionskinetik och jämvikt mätt enligt ISO 62. Det bör inte antas gälla för alla flytande PF-hartssystem.

Hur formulering och materialtillstånd påverkar tolkningen

Vattenabsorptionsdata ska hänföras till det fullständiga testade materialet. Ett härdat prydligt hartsprov, en fylld formmassa, ett laminat och en förstärkt komposit är olika testobjekt. Ett värde uppmätt för en bör inte överföras direkt till en annan utan representativa bevis. Ett värde som mäts för ett råharts eller ett definierat prov ska inte i sig behandlas som vattenabsorptionsvärdet för ett annat sammansatt eller färdigt material.

Hur man jämför vattenabsorptionsdata

En meningsfull jämförelse kräver likvärdiga testförhållanden eller en tydlig redogörelse för relevanta skillnader. Följande är en praktisk jämförelseram snarare än en komplett rapportchecklista som föreskrivs av ASTM D570 eller ISO 62. Innan du jämför två vattenabsorptionsvärden, bekräfta följande:

• Exakt material eller betygsbeteckning
• Materialtillstånd (rent harts, sammansättning, laminat, komposit)
• Hartstyp där det är relevant
• Formuleringsdetaljer (fyllmedel, förstärkningar, tillsatser)
• Bota tillstånd
• Testmetod och utgåva (ASTM D570-22, ISO 62:2008 eller annat)
• Provets mått
• Konditioneringsprocedur
• Exponeringsmedium (flytande vatten eller fuktig luft)
• Temperatur
• Varaktighet
• Om värdet representerar ett resultat med angiven varaktighet eller ett jämviktsresultat
• Beräkningsunderlag och enheter
• Acceptanskriterier och deras tekniska grund

Skillnader i materialtillstånd, provberedning, exponeringsförhållanden, metod eller rapporteringsgrund bör lösas innan värden behandlas som direkt jämförbara.

TDS, CoA och testrapport

Följande distinktioner är praktiska dokumentationsöverväganden snarare än dokumentdefinitioner som föreskrivs av ASTM D570, ISO 62 eller ISO 15512.

Ett tekniskt datablad (TDS) kan presentera typisk, nominell eller specifikationsinformation för ett material. Ett analyscertifikat (CoA), där det tillhandahålls, kan rapportera batch- eller partispecifika resultat och kan även lista relevanta acceptansgränser. En testrapport kan identifiera testmetoden, provet eller provet, förhållanden och rapporterat resultat.

Dokumentformat och innehåll varierar beroende på leverantör, material och transaktion. Köpare bör därför kontrollera om ett rapporterat värde representerar en typisk egenskap, en specifikationsgräns eller ett batchspecifikt testresultat.

Vanliga tolkningsfel

Fel 1: Alla PF-hartser har ett standardvärde för vattenabsorption.

Korrigering: Vattenabsorption är en egenskap hos ett definierat material i ett definierat tillstånd, mätt under definierade förhållanden.

Fel 2: Ett värde för pulvervatteninnehåll är lika med vattenabsorption av härdat harts.

Korrigering: Vattenhalt (ISO 15512) och vattenabsorption (ISO 62) är olika mått.

Fel 3: Enbart Novolac/resol-klassificering förutsäger vattenabsorption.

Korrigering: Jämförelse kräver kontrollerade prover och förhållanden.

Fel 4: ASTM D570- och ISO 62-resultat är automatiskt utbytbara.

Korrigering: ASTM D570 anger teknisk likvärdighet med ISO 62 endast när det prov som beskrivs i ASTM D570 avsnitt 6.2 används.

Fel 5: Ett rent hartsresultat förutsäger automatiskt en fylld komposit eller färdig komponent.

Korrigering: Rent harts, fyllda föreningar, laminat, kompositer och färdiga komponenter är olika materialsystem eller testobjekt. Ett resultat från en ska inte automatiskt överföras till en annan.

Fel 6: Ett TDS-typiskt värde är automatiskt ett batchresultat.

Rättelse: TDS, CoA och testrapporter har olika funktioner.

Vad köpare bör specificera

När du begär eller utvärderar vattenabsorptionsdata för PF-harts bör följande information anges där det är relevant för applikationen:

• Harts/materialform (flytande, fast, pulver, flingor, etc.)
• Betygsbeteckning
• Hartsklass där det är relevant (novolack eller resol)
• Avsedd formulering och bearbetningsväg
• Testobjektets härdningstillstånd
• Testobjekt (rent harts, formmassa, laminat, komposit, färdig del)
• Teststandard och upplaga
• Provgeometri
• Konditioneringsprocedur
• Exponeringsmedium, temperatur och varaktighet
• Acceptansgräns och dess tekniska grund
• Dokumentation krävs (TDS, CoA, testrapport)

Testmetoden bör väljas i enlighet med materialformen och egenskapen som utvärderas; ASTM D570 och ISO 62 avser vattenabsorption av tillämplig fast plast, medan ISO 15512 tar upp vatteninnehåll inom dess angivna räckvidd. Inte varje upphandlingsscenario kräver alla dessa specifikationer, men klarhet i materialtillstånd och testförhållanden är avgörande för meningsfull datajämförelse.

Slutsats

Vattenupptaget avfenol-formaldehydhartskan inte representeras av ett enda universalnummer. Det är en egenskap hos ett specifikt material i ett specifikt tillstånd, mätt under definierade förhållanden med en definierad metod. Rapporterade värden är användbara för jämförelse endast när materialets identitet, härdningstillstånd, provberedning, exponeringsförhållanden och testmetod är kända. Vattenabsorption och vattenhalt är distinkta begrepp som kräver olika testmetoder. För tillämpningsrelevant jämförelse kan data från en representativ härdad formulering, prov eller färdigt material vara mer informativt än ett värde uppmätt på ett väsentligt annorlunda testobjekt.

Professionell CTA

Kunder som utvärderar fenol-formaldehydharts för fuktkänsliga applikationer kan tillhandahålla harts- eller materialform, avsedd formulering, testobjekt, tillämplig vattenabsorptionsmetod eller vattenhaltsmetod, exponerings- eller konditioneringsvillkor och acceptanskriterier så att tillgänglig kvalitetsdokumentation kan granskas mot det angivna kravet.

Referenser

[1] ASTM International. (2022). ASTM D570-22, standardtestmetod för vattenabsorption av plast.https://doi.org/10.1520/D0570-22

[2] Internationella standardiseringsorganisationen. (2008). ISO 62:2008, Plast - Bestämning av vattenabsorption (3:e upplagan).
https://www.iso.org/standard/41672.html

[3] Internationella standardiseringsorganisationen. (2019). ISO 15512:2019, Plast - Bestämning av vattenhalt (5:e upplagan).
https://www.iso.org/standard/73834.html

[4] Pilato, LA (Red.). (2010). Fenolhartser: ett århundrade av framsteg. 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). En recension om fenolharts och dess kompositer. Current Analytical Chemistry, 14(3), 185–197.https://doi.org/10.2174/1573411013666171003154410