Quel est le taux d'absorption d'eau de la résine phénol-formaldéhyde ?

Introduction

Résines phénol-formaldéhyde (PF)sont des systèmes de résine thermodurcissable utilisés dans les composés de moulage, les stratifiés, les composites et d'autres systèmes de matériaux industriels. Étant donné que l'absorption d'humidité peut être pertinente pour l'évaluation des propriétés dimensionnelles, électriques ou mécaniques des plastiques, l'absorption d'eau est une considération pratique lors de l'évaluation de matériaux à base de PF dans des conditions de service ou de test définies. Cependant, il n’existe pas de valeur unique d’absorption d’eau qui caractérise tous les matériaux à base de résine phénol-formaldéhyde. Une réponse significative nécessite une définition claire de l’état du matériau, de la formulation, de la géométrie de l’échantillon, du conditionnement, des conditions d’exposition et de la méthode de test.

Réponse courte

Il n’existe pas de valeur unique d’absorption d’eau qui s’applique universellement à tous les matériaux à base de résine phénol-formaldéhyde. Un résultat d'absorption d'eau rapporté doit identifier la méthode d'essai, l'échantillon, le conditionnement, le milieu d'exposition, la température et la durée. Pour les matériaux à base de PF, l'état et la formulation du matériau doivent également être identifiés afin que les données provenant de la résine pure, des composés de moulage, des stratifiés ou des composites ne soient pas traitées comme interchangeables. Tout aussi important, l’absorption d’eau et la teneur en eau sont des concepts distincts qui nécessitent des méthodes d’essai différentes et répondent à des questions différentes.

Quel matériau est réellement testé ?

Pour l’interprétation de l’absorption d’eau, il peut être nécessaire de distinguer les matériaux liés au PF selon leur état et leur formulation. Les objets de test pertinents peuvent inclure :

• Résine liquide non durcie ou solution de résine
• Résine solide, y compris les flocons ou autres formes solides fournies
• Résine en poudre
• Matériau partiellement durci
• Spécimen de résine pure entièrement durci
• Composé de moulage phénolique
• Stratifié
• Formulation remplie
• Composite renforcé de fibres
• Composant fini

Ces états de matériaux et formulations ne sont pas des objets de test interchangeables. Une valeur d’absorption d’eau obtenue à partir d’un état de matériau ne prédit pas automatiquement le comportement d’un autre. Un résultat obtenu pour un état de matériau ne doit pas être considéré comme représentant un composé formulé, un composite, un stratifié ou un composant fini sans une base de comparaison appropriée.

L'absorption d'eau n'est pas la même chose que la teneur en eau

Cette distinction est fondamentale pour interpréter correctement les données de résine PF.

L'absorption d'eau fait référence au processus par lequel un matériau absorbe l'eau de son environnement dans des conditions d'exposition définies. Elle est mesurée sur des échantillons solides en utilisant des procédures telles que ASTM D570 ou ISO 62.

La teneur en eau fait référence à la quantité d'eau déjà présente dans un matériau au moment du test. L'ISO 15512:2019 spécifie les méthodes de détermination de la teneur en eau des plastiques sous forme de poudre, de granulés et d'articles finis, et indique explicitement que ces méthodes ne testent pas la cinétique et l'équilibre d'absorption d'eau tels que mesurés par l'ISO 62.

Pour la poudre ou d'autres formes de matériaux applicables, la teneur en eau peut être spécifiée ou mesurée en tant que paramètre de matériau distinct. Il ne doit pas remplacer l’absorption d’eau d’un échantillon durci. À l’inverse, le résultat d’absorption d’eau d’un échantillon durci ne décrit pas la teneur en eau de la matière première avant le traitement.

Pourquoi un numéro universel d’absorption d’eau PF n’est pas approprié

Plusieurs facteurs affectent le comportement d’absorption de l’eau et doivent être identifiés lorsqu’ils sont pertinents pour l’interprétation ou la comparaison :

• Forme du matériau : la résine durcie, le composé de moulage, le stratifié et le composite sont des objets de test différents.
• Formulation de résine : la résine pure, les composés chargés, les stratifiés et les composites renforcés sont des systèmes de matériaux distincts, les résultats doivent donc être attribués à la formulation testée.
• État de durcissement : l'état de durcissement doit être identifié lors de la déclaration ou de la comparaison des échantillons, car il ne faut pas supposer que des échantillons préparés différemment représentent le même objet d'essai.
• Géométrie de l'échantillon : l'épaisseur et la surface exposée affectent le taux et l'étendue apparente de l'absorption.
• Préparation des échantillons : la préparation, les dimensions et le conditionnement doivent être identifiés lorsque cela est spécifié par la méthode d'essai sélectionnée.
• Conditionnement et exposition : la température, le milieu (eau liquide ou air humide) et la durée sont tous pertinents.
• Méthode de test : ASTM D570 et ISO 62 diffèrent par les spécifications des échantillons, la procédure et la base de reporting.

Un résultat d’absorption d’eau est plus interprétable lorsque les informations pertinentes sur le matériau, l’échantillon, le conditionnement et l’exposition sont disponibles. Sans ces informations, un chiffre d’absorption d’eau a une valeur comparative limitée.

Novolac et Résol : la classification ne détermine pas le résultat du test

Les novolaques et les résols sont des classes distinctes au seinrésines phénoliques. Les novolaques sont généralement des prépolymères phénoliques thermoplastiques qui sont généralement combinés avec un système de durcissement tel que l'hexaméthylènetétramine (HMTA) pour former un thermodurci, tandis que les résols sont des résines phénoliques thermoréactives capables de durcir davantage.

Cependant, cette classification ne détermine pas à elle seule l'absorption d'eau d'un composé de moulage durci, d'un stratifié, d'un composite ou d'une pièce finie. La comparaison directe des matériaux à base de novolaque et de résol nécessite des échantillons préparés, durcis et testés dans des conditions équivalentes. En l’absence d’une telle comparaison contrôlée, aucun classement général ne peut être établi.

ASTM D570-22

ASTM D570-22 couvre la détermination du taux relatif d'absorption d'eau par les plastiques lorsqu'ils sont immergés. Son champ d'application comprend les produits résineux coulés, moulés à chaud et à froid, les plastiques homogènes et laminés sous forme de tiges et de tubes, ainsi que les feuilles de 0,13 mm ou plus d'épaisseur.

La norme note que le temps jusqu'à saturation dépend fortement de l'épaisseur de l'éprouvette et que la relation entre la teneur en humidité et les propriétés telles que la résistance d'isolation électrique, les pertes diélectriques, la résistance mécanique et les dimensions dépend du type d'exposition, de la forme de la pièce et des propriétés inhérentes du matériau. ASTM D570 est une méthode de test plutôt qu'une spécification de produit spécifique au PF. La question de savoir si un résultat D570 est requis pour un matériau particulier doit être établie par les spécifications d'approvisionnement ou de produit applicables.

ISO62:2008

L'ISO 62:2008 décrit des procédures permettant de déterminer l'absorption d'humidité dans le sens de l'épaisseur des plastiques solides et de déterminer la quantité d'eau absorbée par des éprouvettes de dimensions définies immergées dans l'eau ou exposées à de l'air humide. Elle s'applique aux plastiques solides mais exclut explicitement les plastiques cellulaires, les granulés et les poudres.

L'ISO 62 fournit des procédures contrôlées pour comparer l'absorption d'eau d'échantillons de plastique solide définis dans des conditions d'exposition spécifiées. L'ISO 62 définit un cadre d'essai d'absorption d'eau pour les plastiques ; son applicabilité à un matériau PF particulier doit être établie à partir de la forme du matériau et de la spécification pertinente.

ASTM D570 par rapport à ISO 62

Les normes ASTM D570 et ISO 62 traitent toutes deux de l'absorption d'eau des plastiques solides, mais elles diffèrent par leur portée, leurs spécifications d'échantillon et leurs détails de procédure. La norme ASTM D570-22 indique l'équivalence technique avec la norme ISO 62 lorsque l'échantillon décrit dans la section 6.2 de la norme ASTM D570 est utilisé. Cette déclaration ne doit pas être interprétée comme une équivalence automatique de chaque résultat généré selon les deux normes. La procédure applicable et les exigences de reporting de la norme sélectionnée doivent être respectées.

Teneur en eau en poudre ou sous d'autres formes de matériaux applicables

Pour les matériaux PF fournis sous une forme couverte par une méthode de teneur en eau applicable, la teneur en eau est un paramètre distinct de l'absorption d'eau d'un échantillon solide durci. L'ISO 15512:2019 couvre les plastiques sous forme de poudre, de granulés et d'articles finis. Elle distingue explicitement ces mesures de la cinétique et de l'équilibre d'absorption d'eau tels que mesurés par la norme ISO 62. Elle ne doit pas être supposée s'appliquer à tous les systèmes de résine PF liquide.

Comment la formulation et l’état du matériau affectent l’interprétation

Les données d’absorption d’eau doivent être attribuées au matériau testé complet. Un échantillon de résine pure durcie, un composé de moulage chargé, un stratifié et un composite renforcé sont différents objets de test. Une valeur mesurée pour l’un ne doit pas être transférée directement à un autre sans preuve représentative. Une valeur mesurée pour une résine brute ou un échantillon défini ne doit pas en elle-même être traitée comme la valeur d'absorption d'eau d'un matériau formulé ou fini différent.

Comment comparer les données d'absorption d'eau

Une comparaison significative nécessite des conditions de test équivalentes ou un compte rendu clair des différences pertinentes. Ce qui suit est un cadre de comparaison pratique plutôt qu'une liste de contrôle de rapport complète prescrite par ASTM D570 ou ISO 62. Avant de comparer deux valeurs d'absorption d'eau, confirmez ce qui suit :

• Désignation exacte du matériau ou de la qualité
• État du matériau (résine pure, composé, stratifié, composite)
• Type de résine le cas échéant
• Détails de formulation (charges, renforts, additifs)
• État de guérison
• Méthode de test et édition (ASTM D570-22, ISO 62:2008 ou autre)
• Dimensions de l'échantillon
• Procédure de conditionnement
• Milieu d'exposition (eau liquide ou air humide)
• Température
• Durée
• Si la valeur représente un résultat d'une durée spécifiée ou d'un équilibre
• Base de calcul et unités
• Critères d'acceptation et leur base technique

Les différences dans l'état du matériau, la préparation des échantillons, les conditions d'exposition, la méthode ou la base de déclaration doivent être résolues avant que les valeurs soient traitées comme directement comparables.

TDS, CoA et rapport de test

Les distinctions suivantes sont des considérations pratiques en matière de documentation plutôt que des définitions de documents prescrites par ASTM D570, ISO 62 ou ISO 15512.

Une fiche technique (TDS) peut présenter des informations typiques, nominales ou de plage de spécifications pour un matériau. Un certificat d'analyse (CoA), le cas échéant, peut rapporter des résultats spécifiques à un lot ou à un lot et peut également énumérer les limites d'acceptation pertinentes. Un rapport d'essai peut identifier la méthode d'essai, le spécimen ou l'échantillon, les conditions et le résultat rapporté.

Le format et le contenu du document varient selon le fournisseur, le matériel et la transaction. Les acheteurs doivent donc vérifier si une valeur déclarée représente une propriété typique, une limite de spécification ou un résultat de test spécifique à un lot.

Erreurs d'interprétation courantes

Erreur 1 : Toutes les résines PF ont une valeur standard d’absorption d’eau.

Correction : L'absorption d'eau est une propriété d'un matériau défini dans un état défini, mesurée dans des conditions définies.

Erreur 2 : La valeur de la teneur en eau de la poudre est égale à l'absorption d'eau de la résine durcie.

Correction : La teneur en eau (ISO 15512) et l'absorption d'eau (ISO 62) sont des mesures différentes.

Erreur 3 : La classification Novolac/résole prédit à elle seule l’absorption d’eau.

Correction : La comparaison nécessite des échantillons et des conditions contrôlés.

Erreur 4 : les résultats ASTM D570 et ISO 62 sont automatiquement interchangeables.

Correction : ASTM D570 indique l'équivalence technique avec ISO 62 uniquement lorsque l'échantillon décrit dans ASTM D570 section 6.2 est utilisé.

Erreur 5 : un résultat de résine soignée prédit automatiquement un composite rempli ou un composant fini.

Correction : La résine pure, les composés chargés, les stratifiés, les composites et les composants finis sont des systèmes de matériaux ou des objets de test différents. Un résultat de l’un ne doit pas être automatiquement transféré à un autre.

Erreur 6 : une valeur typique de TDS est automatiquement un résultat de lot.

Correction : TDS, CoA et les rapports de test remplissent des fonctions différentes.

Ce que les acheteurs doivent spécifier

Lors de la demande ou de l’évaluation des données d’absorption d’eau de la résine PF, les informations suivantes doivent être spécifiées lorsqu’elles sont pertinentes pour l’application :

• Forme de résine/matériau (liquide, solide, poudre, flocons, etc.)
• Désignation du grade
• Classe de résine le cas échéant (novolaque ou résol)
• Formulation prévue et voie de traitement
• État de guérison de l'objet de test
• Objet à tester (résine pure, pâte à modeler, stratifié, composite, pièce finie)
• Norme de test et édition
• Géométrie de l'échantillon
• Procédure de conditionnement
• Milieu d'exposition, température et durée
• Limite d'acceptation et sa base technique
• Documentation requise (TDS, CoA, rapport de test)

La méthode d'essai doit être choisie en fonction de la forme du matériau et de la propriété évaluée ; Les normes ASTM D570 et ISO 62 concernent l'absorption d'eau des plastiques solides applicables, tandis que l'ISO 15512 traite de la teneur en eau dans son domaine d'application déclaré. Tous les scénarios d'approvisionnement ne nécessitent pas toutes ces spécifications, mais la clarté sur l'état des matériaux et les conditions de test est essentielle pour une comparaison significative des données.

Conclusion

L'absorption d'eau derésine phénol-formaldéhydene peut pas être représenté par un seul nombre universel. Il s'agit d'une propriété d'un matériau spécifique dans un état spécifique, mesurée dans des conditions définies à l'aide d'une méthode définie. Les valeurs rapportées ne sont utiles à des fins de comparaison que lorsque l'identité du matériau, l'état de durcissement, la préparation de l'échantillon, les conditions d'exposition et la méthode d'essai sont connus. L'absorption d'eau et la teneur en eau sont des concepts distincts nécessitant des méthodes d'essai différentes. Pour une comparaison pertinente pour l'application, les données provenant d'une formulation durcie, d'un échantillon ou d'un matériau fini représentatif peuvent être plus informatives qu'une valeur mesurée sur un objet de test sensiblement différent.

CTA professionnel

Les clients évaluant la résine phénol-formaldéhyde pour des applications sensibles à l'humidité peuvent fournir la forme de la résine ou du matériau, la formulation prévue, l'objet de test, la méthode d'absorption d'eau ou la méthode de teneur en eau applicable, les conditions d'exposition ou de conditionnement et les critères d'acceptation afin que la documentation de qualité disponible puisse être examinée par rapport à l'exigence indiquée.

Références

[1] ASTM International. (2022). ASTM D570-22, Méthode d'essai standard pour l'absorption d'eau des plastiques.https://doi.org/10.1520/D0570-22

[2] Organisation internationale de normalisation. (2008). ISO 62:2008, Plastiques - Détermination de l'absorption d'eau (3e éd.).
https://www.iso.org/standard/41672.html

[3] Organisation internationale de normalisation. (2019). ISO 15512:2019, Plastiques - Détermination de la teneur en eau (5e éd.).
https://www.iso.org/standard/73834.html

[4] Pilato, LA (éd.). (2010). Résines phénoliques : un siècle de progrès. Springer Berlin, Heidelberg.https://doi.org/10.1007/978-3-642-04714-5

[5] Asim, M., Saba, N., Jawaid, M., Nasir, M., Pervaiz, M. et Alothman, OY (2018). Une revue sur la résine phénolique et ses composites. Chimie analytique actuelle, 14(3), 185-197.https://doi.org/10.2174/1573411013666171003154410