Absorción de humedad
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Absorción de humedad
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La absorción de humedad es una medida de la cantidad de agua (humedad) que un componente o material absorberá en condiciones específicas y durante un tiempo determinado. Muchos materiales plásticos absorben agua (es decir, son higroscópicos). Esta agua absorbida cambia de dimensiones y propiedades, incluido el aislamiento eléctrico, las propiedades dieléctricas, las propiedades mecánicas y la apariencia de la superficie. El flujo de masa fundida también se verá afectado. En general, el nivel de agua / humedad en el material alimentado al equipo de procesamiento de fusión debe mantenerse muy bajo ya que su presencia en muchos polímeros puede conducir no solo a problemas con el procesamiento, sino también a problemas de post-extrusión y degradación química. Por ejemplo, con PC, la humedad provoca una degradación química que es perjudicial para el rendimiento del producto terminado (la resistencia al impacto se ve afectada). El límite máximo permisible de humedad en los gránulos para la producción de buenos extruidos varía de polímero a polímero pero, en general, debe mantenerse por debajo del 0,1% medido por la absorción de agua en 24 horas. La ISO 62 describe un procedimiento para determinar las propiedades de absorción de humedad en la dirección "a través del espesor" de plásticos sólidos de forma plana o curva. También describe los procedimientos para determinar la cantidad de agua absorbida por probetas de plástico de dimensiones definidas, cuando se sumergen en agua o cuando se someten a aire húmedo en condiciones controladas. El coeficiente de difusión de humedad "a través del espesor" se puede determinar para material de fase única asumiendo un comportamiento de difusión de Fickian con propiedades de absorción de humedad constantes a través del espesor de la muestra de prueba. Este modelo es válido para materiales homogéneos y para composites poliméricos reforzados probados por debajo de su temperatura de transición vítrea.
Propiedades de absorción de los polímeros
Algunos polímeros tienen una tendencia natural a absorber agua. De hecho, los polímeros superabsorbentes están ganando terreno en aplicaciones avanzadas en medicina, construcción, etc., sin embargo, al mismo tiempo, la capacidad de absorción de los termoplásticos conduce a varios cambios en el procesamiento y las propiedades. La absorción de humedad / agua es la capacidad de un plástico o un polímero para absorber la humedad de su entorno. Se ha demostrado que la humedad absorbida actúa como plastificante, reduciendo la temperatura de transición vítrea y la resistencia del plástico, lo cual es un efecto reversible. Sin embargo, el agua absorbida también puede conducir a una degradación irreversible de la estructura del polímero.
Algunos de los efectos conocidos incluyen:
- Cambios dimensionales y de masa (por ejemplo, hinchazón) causados por la absorción de agua
- Extracción de componentes solubles en agua
- Cambios en el rendimiento mecánico (elasticidad, resistencia a la tracción, resistencia al impacto) y eléctrico.
La absorción de agua se expresa como aumento en porcentaje de peso o % de aumento de peso de una muestra de plástico según los siguientes procedimientos de prueba:
- Absorción de agua 24 horas a 23 ° C - Inmersión de una muestra de plástico en agua destilada durante 24 horas a 23 ° C
- Absorción de agua 24 horas a 100 ° C - Inmersión de una muestra de plástico en agua hirviendo destilada durante 24 horas Absorción de agua en saturación - Inmersión de una muestra de plástico en agua destilada a 23 ° C. La medición ocurre cuando el polímero ya no absorbe agua.
- Absorción de agua en equilibrio : la muestra de plástico se expone a un ambiente húmedo, generalmente al 50% de humedad relativa, a una temperatura específica, 23 ° C o 73,4 ° F, durante 24 horas.
ASTM D570 - Método de prueba estándar para la absorción de agua de plástico
Este método de prueba para la tasa de absorción de agua tiene dos funciones principales:
- Primero, como una guía de la proporción de agua absorbida por un material y en consecuencia, en aquellos casos en los que se hayan determinado las relaciones entre la humedad y las propiedades eléctricas o mecánicas, dimensiones o apariencia, como una guía de los efectos de la exposición al agua o condiciones húmedas en tales propiedades; y
- En segundo lugar, como prueba de control sobre la uniformidad de un producto. Es particularmente aplicable a los brazos de láminas, varillas y tubos cuando la prueba se realiza en el producto terminado.
Procedimiento de prueba: Para la prueba de absorción de agua, las muestras se secan en un horno durante un tiempo y temperatura específicos y luego se colocan en un desecador para que se enfríen. Inmediatamente después de enfriar, se pesan las muestras. A continuación, el material se sumerge en agua en las condiciones acordadas, a menudo a 23°C durante 24 horas o hasta el equilibrio. Las muestras se retiran, se secan con un paño sin pelusa y se pesan.
Plásticos ISO 62 - Determinación de la absorción de agua
Describe un procedimiento para determinar las propiedades de absorción de humedad en la dirección "a través del espesor" de plásticos sólidos de forma plana o curva. También describe los procedimientos para determinar la cantidad de agua absorbida por probetas de plástico de dimensiones definidas, cuando se sumergen en agua o cuando se someten a aire húmedo en condiciones controladas.Procedimiento y descripción de la prueba:
- Absorción de agua 24h / 23C Las muestras de ensayo se sumergen en agua destilada a temperatura ambiente durante 24 horas.
- Absorción de agua Sat / 23C Las muestras de ensayo se sumergen en agua destilada a temperatura ambiente hasta que cesa esencialmente la absorción de agua.
- Absorción de agua 23C / 50RH Las muestras de prueba se exponen a 50% de humedad relativa del aire a temperatura ambiente durante 24 horas.
Plásticos ISO 10350
La absorción de humedad ISO 10350 es un valor de saturación probado a 23°C y 50% de humedad relativa, mientras que la absorción de agua ISO 10350 es un valor de saturación probado en agua a 23°C.
Muestras
Las normas recomiendan una serie de geometrías de muestra preferidas para láminas planas (ya sea directamente moldeadas o cortadas de secciones más grandes), varillas y tubos para permitir la comparación de las propiedades de absorción de agua. Los procedimientos para evaluar las hojas planas se describen en esta guía, pero los procesos y elementos a considerar son comunes para todos los tipos de muestras. Por ejemplo, las geometrías para hojas planas se especifican como:
• La muestra estándar ISO 62 es un cuadrado de 60 mm por 60 mm por 1 mm de espesor
• La muestra de ensayo preferida para ASTM D 570 es un disco de 50,8 mm de diámetro con un espesor de 3,2 mm.
Condiciones y tiempos de exposición
Los estándares especifican un conjunto de condiciones de exposición estándar (temperatura y tiempo) que permiten para comparar diferentes materiales. Estos son:
Temperatura ambiente Inmersión (23 ± 2 ° C) (ISO y ASTM)
Sumergir durante 24 ± 1 horas y luego pesar. Re-sumergido y repetir para intervalos crecientes (por ejemplo, 24 h, 48 h, 96 h, 192 h, luego semanalmente, etc.) hasta la saturación. ASTM especifica una exposición de 2 horas (120 ± 4 minutos) para materiales que tienen una alta tasa de absorción o para delgados muestras. Las muestras se pueden volver a sumergir para medir en 24 horas (e intervalos posteriores).
Inmersión en agua hirviendo (ISO y ASTM)
Sumergir durante 30 ± 2 minutos en agua hirviendo, retirar y colocar en agua a temperatura ambiente para enfriar durante 15 ± 1 minutos, luego pese. Después de pesar el procedimiento es repetido hasta alcanzar la saturación. ASTM también especifica una ebullición de 2 horas (120 ± 4 minutos) exposición al agua. Notas: se deben tomar las precauciones de seguridad adecuadas cuando se trabaja con agua hirviendo
Inmersión a 50°C (ASTM)
El período de inmersión se especifica en 48 ± 1 horas.
Requisitos de pesaje y balanza
Las normas ISO y ASTM requieren el uso de una balanza capaz de leer hasta 0,1 mg. Normalmente, las masas secas de las muestras a las que se hace referencia en las normas estarán en el rango de 2 g - 10 g. Por tanto, la sensibilidad de la medición de la concentración será al menos del 0,005%, lo que es más que adecuado si los niveles de absorción son superiores al 1%. Si se utilizan muestras con masas inferiores (<1 g), p. Ej. Si se utilizan muestras muy delgadas o las concentraciones de saturación son bajas (<1%), puede ser necesario un balance de resolución más alto (por ejemplo, con una resolución de 0,01 mg). Deben seguirse los procedimientos de ponderación de las buenas prácticas [16]. La balanza utilizada debe tener una capacidad tal que la masa de la muestra no esté ni en el extremo inferior ni en el superior del rango de la balanza, es decir, la masa de la muestra está dentro del 10% -90% de la escala completa de la balanza. También debe considerarse la masa total de muestra esperada en saturación. La balanza debe calibrarse en el rango esperado de masas. Se recomienda un recinto alrededor de la bandeja de equilibrio para eliminar corrientes de aire. Para minimizar los problemas de reproducibilidad, se recomienda utilizar la misma balanza durante todo el programa de prueba. Las muestras deben colocarse en la misma posición de la balanza cada vez que se realiza una medición.
Preparación de la muestra antes de la prueba
Si las muestras de prueba se mecanizan, se debe tener cuidado para evitar dañar las superficies (por ejemplo, grietas). Las superficies rugosas deben alisarse, por ejemplo, puliéndolas con papel de vidrio fino. En materiales con propiedades de difusión anisotrópicas (por ejemplo, plásticos reforzados con fibra donde las caras cortadas en sentido normal a la dirección de la fibra en los compuestos pueden tener propiedades de difusión significativamente más altas) se pueden obtener resultados erróneos si la absorción a través de los bordes expuestos es significativamente diferente a la absorción a través de las superficies. Por esta razón, debe minimizarse la relación entre el área del borde y el área de la superficie de las muestras. Cuando los efectos de los bordes sean motivo de preocupación, los bordes se pueden sellar, p. Ej. pegando papel de aluminio a los bordes o aplicando una capa de barrera. La masa adicional del material de sellado debe tenerse en cuenta al analizar los resultados. Cualquier recubrimiento / lámina utilizada para sellar los bordes debe:
- Aplicar como una capa delgada para evitar convertirse en un componente significativo de la masa del sistema
- Tener una permeabilidad significativamente menor que la muestra; si no es así, la capa fina no actuará como barrera para la difusión
- Aplicar con cuidado para no superponer las caras principales de la muestra.
Los recubrimientos de sellado no se usan comúnmente para materiales isotrópicos. Sin embargo, para sistemas en los que la difusión depende de la dirección y la difusión a través de los bordes puede ser alta (por ejemplo, compuestos), puede ser necesario un sellado. Las muestras deben secarse hasta obtener una masa constante, M0, antes de realizar la prueba. Los estándares recomiendan secar a 110 ° C durante 1 hora o a 50 ° C durante 24 horas y luego enfriar en un desecador antes de medir la masa (y probar). Los ciclos de secado deben repetirse hasta que la masa sea constante (es decir, el cambio de masa entre mediciones sucesivas sea inferior a 0,1 mg). Se debe usar la temperatura más baja si existen preocupaciones sobre la estabilidad térmica o el cambio del estado de curado del material. 2.6 Inmersión y medición de masa Las muestras deben sumergirse en un volumen suficiente de líquido de manera que las muestras estén completamente sumergidas y cualquier especie que se filtre de las muestras esté suficientemente diluida. ISO 62 especifica al menos 300 ml por muestra de ensayo y un mínimo de 8 ml de líquido por cm cuadrado de superficie. El líquido debe rellenarse o sustituirse periódicamente para garantizar que se mantengan las condiciones de inmersión correctas. Se pueden colocar muestras de la misma composición en el mismo recipiente siempre que se mantenga el volumen mínimo de fluido por muestra. Las muestras no deben tener ningún contacto significativo entre sí o con el recipiente. Se puede utilizar una 'rejilla' hecha de un material que no se degrade en el fluido (por ejemplo, acero inoxidable) para mantener la separación. Cuando las muestras tienen densidades inferiores a las del fluido, es necesario utilizar un medio para pesar las muestras. Se recomienda una jaula de malla de acero inoxidable en IS0 62.
Después de la inmersión durante el período fijo (a temperatura constante), la muestra se retira del medio y el líquido de la superficie se limpia con un paño seco o papel antes de pesarlo inmediatamente (en una botella de pesaje para muestras muy finas). La evaluación de la eliminación total de líquido de la superficie de la muestra se juzga por el aspecto de la superficie y por el aspecto del paño de secado. Por tanto, es subjetivo y una fuente potencial de incertidumbre en las mediciones. Es mucho más fácil secar y juzgar la sequedad de superficies lisas que superficies texturizadas. Las muestras extraídas del medio de exposición perderán la humedad absorbida continuamente durante el período en que estén fuera del medio. La pérdida de humedad absorbida es un proceso impulsado por difusión que depende de la diferencia entre la concentración de humedad de la superficie y la concentración de humedad de equilibrio para el material en el entorno del laboratorio (por ejemplo, las condiciones estándar de laboratorio son 23 ± 2 ° C y 50 ± 5% de humedad relativa) . Si esta pérdida de material absorbido es baja, las muestras pueden devolverse al medio para una exposición continua. Esto requiere que se minimice el tiempo fuera del medio. Los períodos aceptables de tiempo en que las muestras pueden estar fuera del medio de exposición serán específicos de la muestra y el material. Los períodos sin exposición deben ser insignificantes en comparación con los períodos de exposición entre pesajes. Deben registrarse la fecha, la hora y las lecturas masivas. Se debe anotar cualquier cambio en las muestras (por ejemplo, decoloración, formación de ampollas, agrietamiento). Se recomienda que la forma de la curva de absorción se controle trazando el aumento de masa dividido por la masa inicial, medida en cada intervalo de tiempo, contra el tiempo.
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