Индекс текучести расплава - Melt flow index

МФО Измерение устройство

В Индекс текучести расплава (МФО) это мера легкости течения расплава термопласт полимер. Он определяется как масса полимера в граммах, протекающего в течение десяти минут через капилляр определенного диаметра и длины под давлением, прилагаемым через предписанные альтернативные гравиметрические веса для альтернативных предписанных температур.[1][2] Производители полимеров обычно соотносят значение MFI с сортом полимера, который они должны выбрать для различных процессов, и чаще всего это значение не сопровождается единицами измерения, поскольку считается само собой разумеющимся, что это г / 10 мин. Точно так же условия испытаний при измерении MFI обычно выражаются в килограммах, а не в каких-либо других единицах. Метод описан в аналогичных стандартах. ASTM D1238[3] и ISO 1133.[4]

Скорость течения расплава является косвенным показателем молекулярной массы, при этом высокая скорость течения расплава соответствует низкой молекулярной массе. В то же время скорость течения расплава является мерой способности расплава материала течь под давлением. Скорость течения расплава обратно пропорциональна вязкости расплава в условиях испытания, хотя следует иметь в виду, что вязкость любого такого материала зависит от приложенной силы. Отношения между двумя значениями скорости течения расплава для одного материала при различных гравиметрических весах часто используются в качестве меры широты молекулярно-массового распределения.

Скорость течения расплава очень часто используется для полиолефинов, полиэтилен измеряется при 190 ° C и полипропилен при 230 ° С. Инженер по пластмассам должен выбрать материал с достаточно высоким индексом расплава, чтобы из расплавленного полимера можно было легко превратить в предназначенное изделие, но достаточно низким, чтобы механическая прочность готового изделия была достаточной для его использования.

Измерение

Обзор измерения индекса текучести расплава (MFI)

Стандарт ISO 1133-1 регулирует процедуру измерения скорости течения расплава.[5] Порядок определения МФО следующий:

  1. Небольшое количество образца полимера (от 4 до 5 граммов) отбирают в специально разработанном аппарате MFI. А умереть с отверстием диаметром обычно около 2 мм.
  2. Материал правильно упакован внутри цилиндра, чтобы избежать образования воздуха карманы.
  3. Вводится поршень, который действует как среда, вызывающая экструзию расплавленного полимера.
  4. Образец предварительно нагревают в течение определенного времени: 5 мин при 190 ° C в течение полиэтилен и 6 мин при 230 ° C для полипропилен.
  5. После предварительного нагрева на поршень вводится заданный груз. Примеры стандартных весов: 2,16 кг, 5 кг и т. Д.
  6. Груз оказывает давление на расплавленный полимер, и он немедленно начинает течь через фильеру.
  7. По истечении заданного периода времени отбирают пробу расплава и точно взвешивают.
  8. MFI выражается в граммах полимера на 10 минут продолжительности теста.

Синонимы индекса текучести расплава: Расход расплава и Индекс расплава. Чаще используются их сокращения: МФО, MFR и MI.

Что сбивает с толку, MFR может также указывать на «коэффициент текучести расплава», соотношение между двумя скоростями потока расплава при различных гравиметрических весах. Точнее, это следует указывать как FRR (коэффициент расхода) или просто коэффициент расхода. FRR обычно используется как показатель того, каким образом на реологическое поведение влияет молекулярно-массовое распределение материала.

ранее: (МФО = Индекс текучести расплава) → в настоящее время: (MFR = Массовый расход расплава)

ранее: (МВИ = Индекс объема расплава) → в настоящее время: (MVR = Объемный расход расплава)

ранее: (MFR = Коэффициент текучести расплава) → в настоящее время: (FRR = Коэффициент расхода)

Параметр потока, который легко доступен для большинства процессоров, - это MFI. MFI часто используется для определения того, как полимер будет обрабатываться. Однако MFI не принимает во внимание сдвиг, скорость сдвига или историю сдвига и, как таковой, не является хорошей мерой окна обработки полимера. Это одноточечное измерение вязкости при относительно низкой скорости сдвига и температуре. Ранее часто говорилось, что MFI ставят «точку», когда на самом деле требуется «участок» для переработчиков полимеров. Однако сейчас это неверно из-за уникального подхода, разработанного для оценки реограммы только на основе информации MFI.[6]

Устройство MFI не является экструдером в общепринятом смысле обработки полимера, поскольку здесь нет шнека для сжатия, нагрева и сдвига полимера. MFI дополнительно не учитывает разветвление длинной цепи[7] ни различий между реологией сдвига и удлинения.[8] Следовательно, два полимера с одинаковым MFI не будут вести себя одинаково ни при каких условиях обработки.[9]

Связь между MFI и температурой может использоваться для получения энергии активации полимеров.[10] Энергия активации, полученная на основе значений MFI, имеет преимущество простоты и доступности. Концепция получения энергии активации от MFI также может быть распространена на сополимеры, в которых существует аномальная температурная зависимость вязкости расплава, приводящая к существованию двух различных значений энергии активации для каждого сополимера.[11]

Подробное численное моделирование индекса текучести расплава см.[12] или же.[13]

Формула индекса текучести расплава

раньше МФО (В данный момент MFR) = Вес (грамм) расплавленных образцов за 10 минут

Рекомендации

  1. ^ А. В. Шеной, Д. Р. Сайни: Индекс текучести расплава: больше, чем просто параметр контроля качества. Часть I., Достижения в полимерной технологии, Том. 6, № 1, страницы 1–58 (1986); Часть II., Достижения в полимерной технологии, Том. 6, № 2, страницы 125–145 (1986).
  2. ^ А. В. Шеной и Д. Р. Сайни: Реология и обработка термопластических расплавов, Marcel Dekker Inc., Нью-Йорк (1996).
  3. ^ ASTM D1238-04
  4. ^ ISO 1133: 1997.
  5. ^ «ISO 1133-1: 2011 Пластмассы - Определение массового расхода расплава (MFR) и объемного расхода расплава (MVR) термопластов - Часть 1: Стандартный метод». Получено 6 мая 2014.
  6. ^ Шеной, А. В .; Chattopadhyay, S .; Надкарни, В. М. (1983). «От показателя текучести расплава к реограмме». Rheologica Acta. 22: 90–101. Дои:10.1007 / BF01679833. S2CID  53622815.
  7. ^ Шеной, А. В .; Сайни, Д. Р. (1984). «Обновление индекса текучести расплава до реограммы в области низких скоростей сдвига». Журнал прикладной науки о полимерах. 29 (5): 1581–1593. Дои:10.1002 / app.1984.070290513.
  8. ^ Шеной, А. В .; Сайни, Д. Р. (1985). Angewandte Makromolekulare Chemie. 135: 77–84. Дои:10.1002 / apmc.1985.051350107. Отсутствует или пусто | название = (помощь)
  9. ^ П. Прентис, Реология и ее роль в переработке пластмасс: № 12, стр. 25, раздел 3.1.3, 1995 г.
  10. ^ Saini, D. R .; Шеной, А. В. (1983). «Новый метод определения энергии активации течения полимерного расплава». Журнал макромолекулярной науки, часть B. 22 (3): 437–449. Bibcode:1983JMSB ... 22..437S. Дои:10.1080/00222348308215200.
  11. ^ Шеной, А.В .; Сайни, Д. (1988). «Влияние температуры на течение расплавов сополимеров». Химия и физика материалов. 19 (1–2): 123–130. Дои:10.1016/0254-0584(88)90005-3.
  12. ^ Мертц, Алекс М., «Понимание индекса текучести расплава и ASTM D1238», магистерская диссертация, Университет Висконсина, факультет машиностроения, Мэдисон, Висконсин (июль 2012 г.).
  13. ^ Мерц, A.M., A.W. Mix, H.M. Бэк и А.Дж. Джакомин, «Понимание индекса расплава и ASTM D1238», Журнал тестирования и оценки, 41(1), 1–13 (2013).