میزان جذب آب رزین فنول فرمالدئید چقدر است؟ - وبلاگ

مقدمه

رزین های فنل فرمالدئید (PF).سیستم‌های رزین گرما سختی هستند که در قالب‌گیری ترکیبات، لمینت‌ها، کامپوزیت‌ها و سایر سیستم‌های مواد صنعتی استفاده می‌شوند. از آنجایی که جذب رطوبت می‌تواند به ارزیابی ویژگی‌های ابعادی، الکتریکی یا مکانیکی در پلاستیک‌ها مرتبط باشد، جذب آب در هنگام ارزیابی مواد مبتنی بر PF تحت شرایط سرویس یا آزمایش تعریف‌شده یک ملاحظات عملی است. با این حال، هیچ ارزش جذب آب واحدی وجود ندارد که تمام مواد رزین فنل فرمالدئید را مشخص کند. یک پاسخ معنادار مستلزم تعریف روشنی از حالت ماده، فرمولاسیون، هندسه نمونه، شرطی سازی، شرایط نوردهی و روش آزمایش است.

پاسخ کوتاه

هیچ ارزش جذب آب واحدی وجود ندارد که به طور کلی برای همه مواد رزین فنل فرمالدئید اعمال شود. یک نتیجه جذب آب گزارش شده باید روش آزمایش، نمونه، تهویه، محیط نوردهی، دما و مدت زمان را مشخص کند. برای مواد مبتنی بر PF، وضعیت مواد و فرمول نیز باید شناسایی شود تا داده‌های رزین تمیز، ترکیبات قالب‌گیری، ورقه‌ها یا کامپوزیت‌ها قابل تعویض نباشند. به همان اندازه مهم، جذب آب و محتوای آب مفاهیم متمایزی هستند که به روش‌های آزمایش متفاوتی نیاز دارند و به سؤالات مختلفی پاسخ می‌دهند.

چه ماده ای واقعاً در حال آزمایش است؟

برای تفسیر جذب آب، مواد مرتبط با PF ممکن است نیاز داشته باشند که با حالت مواد و فرمول متمایز شوند. اشیاء تست مربوطه می تواند شامل موارد زیر باشد:

رزین مایع جامد نشده یا محلول رزین
رزین جامد، از جمله پولک یا سایر اشکال جامد عرضه شده
رزین پودر
مواد تا حدی پخته شده
نمونه کاملاً پخته شده از رزین تمیز
ترکیب قالب گیری فنلی
لمینت
فرمولاسیون پر شده
کامپوزیت تقویت شده با الیاف
جزء تمام شده

این حالت‌ها و فرمول‌بندی‌های مادی، اشیاء آزمایشی قابل تعویض نیستند. مقدار جذب آب که از یک حالت مادی به دست می آید به طور خودکار رفتار حالت دیگر را پیش بینی نمی کند. نتیجه‌ای که برای یک حالت ماده به‌دست می‌آید نباید به‌عنوان یک ترکیب فرموله‌شده، کامپوزیت، ورقه‌ای، یا جزء نهایی بدون مبنای مقایسه مناسب فرض شود.

جذب آب مانند محتوای آب نیست

این تمایز برای تفسیر صحیح داده های رزین PF اساسی است.

جذب آب به فرآیندی اطلاق می شود که طی آن یک ماده آب را از محیط خود تحت شرایط قرار گرفتن در معرض تعریف شده جذب می کند. بر روی نمونه های جامد با استفاده از روش هایی مانند ASTM D570 یا ISO 62 اندازه گیری می شود.

محتوای آب به مقدار آب موجود در یک ماده در زمان آزمایش اشاره دارد. ISO 15512:2019 روش‌هایی را برای تعیین محتوای آب در پلاستیک‌ها به شکل پودر، گرانول و محصولات نهایی مشخص می‌کند و به صراحت بیان می‌کند که این روش‌ها برای سینتیک جذب آب و تعادل اندازه‌گیری شده توسط ISO 62 آزمایش نمی‌کنند.

برای پودر یا سایر اشکال مواد قابل استفاده، محتوای آب ممکن است به عنوان یک پارامتر ماده جداگانه مشخص یا اندازه گیری شود. نباید جایگزین جذب آب یک نمونه پخته شود. برعکس، یک نتیجه جذب آب از یک نمونه پخت شده، محتوای آب ماده خام را قبل از پردازش توصیف نمی کند.

چرا یک عدد جهانی جذب آب PF مناسب نیست؟

عوامل متعددی بر رفتار جذب آب تأثیر می‌گذارند و باید در مواردی که مربوط به تفسیر یا مقایسه است، شناسایی شوند:

فرم مواد: رزین پخته شده، ترکیب قالب گیری، ورقه ورقه و کامپوزیت، اشیاء مختلف آزمایش هستند.
فرمولاسیون رزین: رزین تمیز، ترکیبات پر شده، ورقه ورقه ها، و کامپوزیت های تقویت شده سیستم های مواد متمایز هستند، بنابراین نتایج باید به فرمول آزمایش شده نسبت داده شود.
حالت پخت: حالت درمان باید هنگام گزارش یا مقایسه نمونه‌ها شناسایی شود زیرا نمونه‌های آماده‌شده متفاوت نباید نشان دهنده همان شی آزمایشی باشند.
هندسه نمونه: ضخامت و سطح در معرض آن بر سرعت و میزان ظاهری جذب تأثیر می گذارد.
آماده‌سازی نمونه: آماده‌سازی، ابعاد و آماده‌سازی باید در مواردی که توسط روش تست انتخابی مشخص شده است، مشخص شود.
شرایط و قرار گرفتن در معرض: دما، متوسط (آب مایع در مقابل هوای مرطوب)، و مدت زمان همه مرتبط هستند.
روش تست: ASTM D570 و ISO 62 در مشخصات نمونه، رویه و مبنای گزارش متفاوت هستند.

نتیجه جذب آب زمانی قابل تفسیر است که اطلاعات مربوط به مواد، نمونه، تهویه و قرار گرفتن در معرض آن در دسترس باشد. بدون چنین اطلاعاتی، یک رقم جذب آب ارزش مقایسه ای محدودی دارد.

Novolac و Resole: طبقه بندی نتیجه آزمایش را تعیین نمی کند

نوولاک‌ها و رزوله‌ها کلاس‌های متفاوتی هستندرزین های فنولیک. نوولاک ها عموماً پیش پلیمرهای فنلی گرمانرم هستند که معمولاً با یک سیستم پخت مانند هگزامتیلن تترامین (HMTA) ترکیب می شوند تا یک ترموست را تشکیل دهند، در حالی که رزوله ها رزین های فنلی واکنش دهنده به گرما هستند که قادر به پخت بیشتر هستند.

با این حال، این طبقه بندی به تنهایی میزان جذب آب یک ترکیب قالب گیری، ورقه ورقه، کامپوزیت یا قطعه تمام شده را تعیین نمی کند. مقایسه مستقیم مواد مبتنی بر نوولاک و مواد مبتنی بر رزوله نیاز به نمونه‌های آماده‌سازی، پخت و آزمایش در شرایط معادل دارد. در غیاب چنین مقایسه ای کنترل شده، هیچ رتبه بندی کلی نمی توان ادعا کرد.

ASTM D570-22

ASTM D570-22 تعیین نرخ نسبی جذب آب توسط پلاستیک هنگام غوطه ور شدن را پوشش می دهد. دامنه آن شامل محصولات رزینی ریخته گری، قالب گرم و سرد، پلاستیک های همگن و چند لایه به شکل میله و لوله و ورق هایی با ضخامت 0.13 میلی متر یا بیشتر است.

استاندارد اشاره می کند که زمان اشباع به شدت به ضخامت نمونه بستگی دارد و رابطه بین رطوبت و خواصی مانند مقاومت عایق الکتریکی، تلفات دی الکتریک، استحکام مکانیکی و ابعاد بستگی به نوع نوردهی، شکل قطعه و خواص ذاتی مواد دارد. ASTM D570 یک روش تست به جای مشخصات محصول خاص PF است. اینکه آیا نتیجه D570 برای یک ماده خاص مورد نیاز است یا خیر، باید توسط تدارکات یا مشخصات محصول مربوطه مشخص شود.

ISO 62:2008

ISO 62:2008 روش هایی را برای تعیین میزان جذب رطوبت در جهت ضخامت پلاستیک جامد و برای تعیین مقدار آب جذب شده توسط نمونه های با ابعاد مشخص غوطه ور در آب یا در معرض هوای مرطوب توصیف می کند. این برای پلاستیک های جامد قابل استفاده است اما به صراحت پلاستیک های سلولی، گرانول ها و پودرها را استثنا نمی کند.

ISO 62 روش‌های کنترل‌شده‌ای را برای مقایسه جذب آب نمونه‌های پلاستیک جامد-پلاستیک تعریف‌شده در شرایط نوردهی مشخص ارائه می‌کند. ISO 62 چارچوب تست جذب آب پلاستیک را تعریف می کند. کاربرد آن برای یک ماده PF خاص باید از فرم مواد و مشخصات مربوطه مشخص شود.

ASTM D570 در مقابل ISO 62

هر دو ASTM D570 و ISO 62 به جذب آب پلاستیک جامد می پردازند، اما آنها در محدوده، مشخصات نمونه و جزئیات رویه متفاوت هستند. ASTM D570-22 معادل فنی با ISO 62 را زمانی که از نمونه توصیف شده در ASTM D570 بخش 6.2 استفاده می شود، بیان می کند. این عبارت نباید به عنوان معادل سازی خودکار هر نتیجه تولید شده تحت این دو استاندارد تفسیر شود. رویه قابل اجرا و الزامات گزارش دهی استاندارد انتخاب شده باید رعایت شود.

محتوای آب در پودر یا سایر اشکال مواد قابل استفاده

برای مواد PF عرضه شده به شکلی که با روش محتوای آب قابل اجرا پوشانده شده است، محتوای آب یک پارامتر جدا از جذب آب یک نمونه جامد پخته شده است. ISO 15512:2019 پلاستیک ها را به شکل پودر، گرانول و محصولات نهایی پوشش می دهد. این به صراحت آن اندازه‌گیری‌ها را از سینتیک جذب آب و تعادل که توسط ISO 62 اندازه‌گیری می‌شود متمایز می‌کند. نباید فرض کرد که برای هر سیستم رزین PF مایع اعمال می‌شود.

چگونه صورت بندی و حالت مادی بر تفسیر تأثیر می گذارد

داده های جذب آب باید به مواد آزمایش شده کامل نسبت داده شود. یک نمونه رزین تمیز، یک ترکیب قالب‌گیری پر شده، یک ورقه ورقه، و یک کامپوزیت تقویت‌شده، اشیاء مختلف آزمایش هستند. ارزشی که برای یکی اندازه گیری می شود نباید مستقیماً بدون شواهد نماینده به دیگری منتقل شود. مقدار اندازه گیری شده برای یک رزین خام یا یک نمونه تعریف شده به خودی خود نباید به عنوان مقدار جذب آب یک ماده فرموله شده یا نهایی متفاوت در نظر گرفته شود.

نحوه مقایسه داده های جذب آب

مقایسه معنادار نیازمند شرایط آزمون معادل یا توضیح واضح تفاوت‌های مربوطه است. موارد زیر یک چارچوب مقایسه عملی به جای یک چک لیست گزارش کامل است که توسط ASTM D570 یا ISO 62 تجویز شده است. قبل از مقایسه دو مقدار جذب آب، موارد زیر را تأیید کنید:

تعیین متریال یا درجه دقیق
حالت مواد (رزین تمیز، ترکیب، لمینت، کامپوزیت)
نوع رزین در صورت لزوم
جزئیات فرمولاسیون (پرکننده ها، تقویت کننده ها، مواد افزودنی)
حالت درمان
روش تست و نسخه (ASTM D570-22، ISO 62:2008 یا موارد دیگر)
ابعاد نمونه
روش تهویه
محیط قرار گرفتن در معرض (آب مایع یا هوای مرطوب)
دما
مدت زمان
آیا این مقدار نشان دهنده یک نتیجه با مدت زمان مشخص یا تعادل است
مبنای محاسبه و واحد
معیارهای پذیرش و مبنای فنی آنها

تفاوت در وضعیت مواد، آماده سازی نمونه، شرایط قرار گرفتن در معرض، روش، یا مبنای گزارش باید قبل از اینکه مقادیر به طور مستقیم قابل مقایسه باشند حل شود.

TDS، CoA و گزارش تست

تمایزات زیر ملاحظات مستندات عملی هستند نه تعاریف سندی که توسط ASTM D570، ISO 62 یا ISO 15512 تجویز شده اند.

برگه اطلاعات فنی (TDS) ممکن است اطلاعات معمولی، اسمی یا محدوده مشخصات یک ماده را ارائه دهد. گواهی تجزیه و تحلیل (CoA)، در صورت ارائه، ممکن است نتایج مربوط به دسته یا تعداد زیادی را گزارش کند و همچنین ممکن است محدودیت‌های پذیرش مربوطه را فهرست کند. یک گزارش آزمایش ممکن است روش آزمایش، نمونه یا نمونه، شرایط و نتیجه گزارش شده را مشخص کند.

قالب و محتوای سند بسته به تامین کننده، مواد و معامله متفاوت است. بنابراین خریداران باید بررسی کنند که آیا یک مقدار گزارش شده یک ویژگی معمولی، یک محدودیت مشخصات، یا یک نتیجه آزمایش دسته ای خاص را نشان می دهد یا خیر.

اشتباهات رایج در تفسیر

خطای 1: همه رزین های PF دارای یک مقدار استاندارد جذب آب هستند.

تصحیح: جذب آب ویژگی یک ماده تعریف شده در یک حالت تعریف شده است که در شرایط تعریف شده اندازه گیری می شود.

خطای 2: مقدار محتوای آب پودر برابر با جذب آب رزین پخته شده است.

تصحیح: محتوای آب (ISO 15512) و جذب آب (ISO 62) اندازه گیری های متفاوتی هستند.

خطای 3: طبقه بندی Novolac/resole به تنهایی جذب آب را پیش بینی می کند.

تصحیح: مقایسه نیاز به نمونه ها و شرایط کنترل شده دارد.

خطای 4: نتایج ASTM D570 و ISO 62 به طور خودکار قابل تعویض هستند.

تصحیح: ASTM D570 معادل فنی با ISO 62 را تنها زمانی بیان می کند که از نمونه توصیف شده در ASTM D570 بخش 6.2 استفاده شود.

خطای 5: یک نتیجه رزین تمیز به طور خودکار یک کامپوزیت پر شده یا جزء تمام شده را پیش بینی می کند.

تصحیح: رزین تمیز، ترکیبات پر شده، ورقه ورقه ها، کامپوزیت ها و اجزای نهایی سیستم های مواد مختلف یا اشیاء آزمایشی هستند. نتیجه یکی نباید به طور خودکار به دیگری منتقل شود.

خطای 6: یک مقدار معمولی TDS به طور خودکار یک نتیجه دسته ای است.

تصحیح: TDS، CoA، و گزارش های آزمایش عملکردهای مختلفی را انجام می دهند.

آنچه خریداران باید مشخص کنند

هنگام درخواست یا ارزیابی داده های جذب آب رزین PF، اطلاعات زیر باید در موارد مربوط به برنامه مشخص شود:

فرم رزین/مواد (مایع، جامد، پودر، پولک و غیره)
تعیین درجه
کلاس رزین در صورت لزوم (نوولاک یا رزوله)
فرمولاسیون و مسیر پردازش در نظر گرفته شده
حالت پخت جسم آزمایشی
شی آزمایش (رزین تمیز، ترکیب قالب گیری، ورقه ورقه، کامپوزیت، قطعه تمام شده)
استاندارد تست و نسخه
هندسه نمونه
روش تهویه
متوسط، دما و مدت قرار گرفتن در معرض
حد پذیرش و مبنای فنی آن
مدارک مورد نیاز (TDS، CoA، گزارش آزمایش)

روش آزمون باید با توجه به فرم مواد و ویژگی مورد ارزیابی انتخاب شود. ASTM D570 و ISO 62 مربوط به جذب آب پلاستیک های جامد قابل اجرا هستند، در حالی که ISO 15512 به محتوای آب در محدوده اعلام شده خود می پردازد. هر سناریوی تدارکاتی به همه این مشخصات نیاز ندارد، اما وضوح وضعیت مواد و شرایط آزمایش برای مقایسه معنی دار داده ها ضروری است.

نتیجه گیری

جذب آب ازرزین فنل فرمالدئیدنمی توان با یک عدد جهانی واحد نمایش داد. این ویژگی یک ماده خاص در یک حالت خاص است که تحت شرایط تعریف شده با استفاده از یک روش تعریف شده اندازه گیری می شود. مقادیر گزارش شده تنها زمانی برای مقایسه مفید هستند که هویت ماده، حالت پخت، آماده سازی نمونه، شرایط قرار گرفتن در معرض و روش آزمایش مشخص باشد. جذب آب و محتوای آب مفاهیم متمایزی هستند که به روش‌های آزمایش متفاوتی نیاز دارند. برای مقایسه مربوط به کاربرد، داده‌های یک فرمول، نمونه، یا مواد تکمیل‌شده نشان‌دهنده ممکن است آموزنده‌تر از مقدار اندازه‌گیری شده روی یک شی آزمایشی متفاوت باشد.

CTA حرفه ای

مشتریانی که رزین فنل فرمالدئید را برای کاربردهای حساس به رطوبت ارزیابی می کنند، ممکن است فرم رزین یا ماده، فرمول مورد نظر، شی آزمایش، روش جذب آب قابل اجرا یا روش محتوای آب، شرایط قرار گرفتن در معرض یا تهویه، و معیارهای پذیرش را ارائه دهند تا بتوان اسناد درجه موجود را مطابق با نیاز اعلام شده بررسی کرد.

مراجع

[1] ASTM International. (2022). ASTM D570-22، روش تست استاندارد برای جذب آب پلاستیک.https://doi.org/10.1520/D0570-22

[2] سازمان بین المللی استاندارد. (2008). ISO 62:2008، پلاستیک - تعیین میزان جذب آب (ویرایش سوم).
https://www.iso.org/standard/41672.html

[3] سازمان بین المللی استاندارد. (2019). ISO 15512:2019، پلاستیک - تعیین محتوای آب (ویرایش پنجم).
https://www.iso.org/standard/73834.html

[4] پیلاتو، لس آنجلس (ویرایش). (2010). رزین های فنولیک: یک قرن پیشرفت اسپرینگر برلین، هایدلبرگ.https://doi.org/10.1007/978-3-642-04714-5

[5] عاصم، م.، صبا، ن.، جوید، م.، نصیر، م.، پرویز، م.، و آلوتمن، اوی (2018). مروری بر رزین فنولیک و کامپوزیت های آن شیمی تحلیلی کنونی، 14 (3)، 185-197.https://doi.org/10.2174/1573411013666171003154410