Индекс текучести расплава
Индекс текучести расплава ( MFI ) является мерой легкости течения расплава термопластичного полимера . Он определяется как масса полимера в граммах, протекающего за десять минут через капилляр определенного диаметра и длины под действием давления, приложенного с помощью предписанных альтернативных гравиметрических гирь для альтернативных заданных температур. [ 1 ] [ 2 ] Переработчики полимеров обычно соотносят значение MFI с маркой полимера, которую им приходится выбирать для различных процессов, и чаще всего это значение не сопровождается единицами измерения, поскольку само собой разумеющимся считается г/10 мин. Аналогично, условия испытаний при измерении MFI обычно выражаются в килограммах, а не в каких-либо других единицах. Метод описан в аналогичном стандарте ASTM D1238. [ 3 ] и ИСО 1133. [ 4 ]
Скорость течения расплава является мерой способности расплава материала течь под давлением и является косвенным показателем молекулярной массы, при этом высокая скорость течения расплава соответствует низкой молекулярной массе. Скорость течения расплава обратно пропорциональна вязкости расплава в условиях испытания, однако следует иметь в виду, что вязкость любого такого материала зависит от приложенной силы. Отношения между двумя значениями скорости течения расплава для одного материала с разной гравиметрической массой часто используются в качестве меры широты молекулярно-массового распределения.
Скорость течения расплава очень часто используется для полиолефинов: полиэтилен измеряется при 190 °C, а полипропилен - при 230 °C. Инженер по пластмассам должен выбрать материал с индексом плавления, достаточно высоким, чтобы из расплавленного полимера можно было легко сформировать предназначенное изделие, но достаточно низким, чтобы механическая прочность конечного изделия была достаточной для его использования.
Измерение
[ редактировать ]
Стандарт ISO 1133-1 регламентирует процедуру измерения скорости течения расплава. [ 5 ] Порядок определения МФО следующий:
- Небольшое количество образца полимера (около 4–5 граммов) отбирается в специально разработанном аппарате MFI. В устройство вставляется матрица с отверстием диаметром обычно около 2 мм.
- Материал правильно упаковывается внутри бочки, чтобы избежать образования воздушных карманов.
- Вводится поршень, который действует как среда, вызывающая экструзию расплавленного полимера.
- Образец предварительно нагревается в течение определенного времени: 5 минут при 190 °С для полиэтилена и 6 минут при 230 °С для полипропилена .
- После предварительного нагрева на поршень помещается заданный груз. Примеры стандартных гирь: 2,16 кг, 5 кг и т. д.
- Вес оказывает давление на расплавленный полимер, и он немедленно начинает течь через фильеру.
- Пробу расплава отбирают через желаемый период времени и точно взвешивают.
- MFI выражается в граммах полимера на 10 минут продолжительности испытания.
Синонимами индекса текучести расплава являются скорость течения расплава и индекс текучести расплава . Чаще используются их аббревиатуры: MFI , MFR и MI .
Что сбивает с толку, MFR может также обозначать «коэффициент текучести расплава», соотношение между двумя скоростями течения расплава при разных гравиметрических весах. Точнее, об этом следует сообщать как FRR (коэффициент расхода) или просто коэффициент расхода. FRR обычно используется как показатель того, как молекулярно-массовое распределение материала влияет на реологическое поведение.
ранее: ( MFI = Индекс текучести расплава ) → в настоящее время: ( MFR = Массовый расход расплава )
ранее: ( MVI = индекс объема расплава ) → в настоящее время: ( MVR = объемный расход расплава )
ранее: ( MFR = коэффициент расхода расплава ) → в настоящее время: ( FRR = коэффициент расхода )
Параметр потока, который легко доступен большинству процессоров, — это MFI. MFI часто используется для определения того, как будет обрабатываться полимер. Однако MFI не учитывает сдвиг, скорость сдвига или историю сдвига и, как таковой, не является хорошей мерой окна обработки полимера. Это измерение вязкости в одной точке при относительно низкой скорости сдвига и температуре. Ранее часто говорилось, что MFI дает «точку», хотя на самом деле для переработчиков полимеров нужен «график». Однако сейчас это не так из-за уникального подхода, разработанного для оценки реограммы только на основе знаний MFI. [ 6 ]
Устройство MFI не является экструдером в традиционном понимании обработки полимеров, поскольку в нем нет шнека для сжатия, нагрева и сдвига полимера. MFI дополнительно не учитывает разветвление длинной цепи. [ 7 ] ни различия между сдвиговой и удлиненной реологией. [ 8 ] Следовательно, два полимера с одинаковым MFI не будут вести себя одинаково при любых условиях обработки. [ 9 ]
Зависимость между MFI и температурой можно использовать для определения энергии активации полимеров. [ 10 ] Преимущество энергий активации, полученных на основе значений MFI, заключается в простоте и доступности. Концепция получения энергии активации из MFI может быть распространена и на сополимеры, где 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. [ 13 ]
Формула индекса текучести расплава
[ редактировать ]ранее MFI (в настоящее время MFR ) = вес (грамм) расплавленных образцов за 10 минут.
Тестер индекса текучести расплава
Ссылки
[ редактировать ]- ^ А. В. Шеной, Д. Р. Сайни: Индекс текучести расплава: больше, чем просто параметр контроля качества. Часть I. Достижения в области полимерных технологий, Том. 6, № 1, страницы 1–58 (1986) ; Часть II., Достижения в области полимерных технологий, Vol. 6, № 2, страницы 125–145 (1986).
- ^ А.В. Шеной и Д.Р. Сайни: Реология и обработка расплава термопластов, Marcel Dekker Inc., Нью-Йорк (1996).
- ^ АСТМ Д1238-04
- ^ ИСО 1133:1997.
- ^ «ISO 1133-1:2011 Пластмассы. Определение массового расхода расплава (MFR) и объемного расхода расплава (MVR) термопластов. Часть 1: Стандартный метод» . Проверено 6 мая 2014 г.
- ^ Шеной, А.В.; Чаттопадхьяй, С.; Надкарни, В.М. (1983). «От показателя текучести расплава к реограмме». Реологика Акта . 22 : 90–101. дои : 10.1007/BF01679833 . S2CID 53622815 .
- ^ Шеной, А.В.; Сайни, ДР (1984). «Повышение индекса текучести расплава до подхода реограммы в области низкой скорости сдвига». Журнал прикладной науки о полимерах . 29 (5): 1581–1593. дои : 10.1002/app.1984.070290513 .
- ^ Шеной, А.В.; Сайни, ДР (1985). «Повторный анализ данных о растяжении расплавов полимеров». Angewandte Makromoleculare Chemie . 135 : 77–84. дои : 10.1002/apmc.1985.051350107 .
- ^ П. Прентис, Реология и ее роль в переработке пластмасс: № 12, стр. 25, раздел 3.1.3, 1995.
- ^ Сайни, ДР; Шеной, А.В. (1983). «Новый метод определения энергии активации течения расплава полимера». Журнал макромолекулярной науки, часть B. 22 (3): 437–449. Бибкод : 1983JMSB...22..437S . дои : 10.1080/00222348308215200 .
- ^ Шеной, А.В.; Сайни, ДР (1988). «Влияние температуры на течение расплавов сополимеров». Химия и физика материалов . 19 (1–2): 123–130. дои : 10.1016/0254-0584(88)90005-3 .
- ^ Мерц, Алекс М., «Понимание индекса текучести расплава и ASTM D1238», магистерская диссертация, Университет Висконсина, факультет машиностроения, Мэдисон, Висконсин (июль 2012 г.).
- ^ Мерц, AM, AW Mix, HM Baek и AJ Giacomin, «Понимание индекса плавления и ASTM D1238», Journal of Testing and Evaluation , 41 (1), 1–13 (2013).