stringtranslate.com

Индекс текучести расплава

Измерительное устройство MFI

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 давлением, приложенным с помощью предписанных альтернативных гравиметрических грузов для альтернативных предписанных 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, поскольку оно принимается как должное, равным г/10 мин. Аналогично, условия испытаний измерения 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 мерой способности расплава материала течь под давлением и является косвенной мерой молекулярной массы, при этом высокая скорость течения расплава соответствует низкой молекулярной массе. Скорость течения расплава обратно пропорциональна вязкости расплава в условиях испытания, хотя следует иметь в виду, что вязкость для любого такого материала зависит от приложенной силы. Соотношения между двумя значениями скорости течения расплава для одного материала при разных гравиметрических весах часто используются в качестве меры широты распределения молекулярной массы.

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 расплава, достаточно высоким, чтобы расплавленный полимер можно было легко сформировать в предполагаемое изделие, но достаточно низким, чтобы механическая прочность конечного изделия была достаточной для его использования.

Измерение

Обзор измерения индекса текучести расплава (MFI)

Стандарт ISO 1133-1 регламентирует процедуру измерения скорости течения расплава. [5] Процедура определения MFI следующая:

  1. Небольшое количество полимерного образца (около 4-5 граммов) берется в специально разработанном аппарате MFI. В аппарат вставляется матрица с отверстием диаметром обычно около 2 мм.
  2. Материал правильно упакован внутри бочки, чтобы избежать образования воздушных карманов.
  3. Вводится поршень, который действует как среда, вызывающая экструзию расплавленного полимера.
  4. Образец предварительно нагревают в течение определенного времени: 5 мин при 190 °C для полиэтилена и 6 мин при 230 °C для полипропилена .
  5. После предварительного нагрева на поршень вводится определенный вес. Примеры стандартных весов: 2,16 кг, 5 кг и т. д.
  6. Груз оказывает давление на расплавленный полимер, и он немедленно начинает течь через матрицу.
  7. По истечении необходимого времени отбирается проба расплава и точно взвешивается.
  8. ПТР выражается в граммах полимера на 10 минут продолжительности испытания.

Синонимы индекса текучести расплава — Melt Flow Rate и Melt Index . Чаще используются их сокращения: MFI , MFR и MI .

Сбивает с толку то, что MFR может также указывать на «коэффициент текучести расплава», соотношение между двумя скоростями текучести расплава при разных гравиметрических весах. Точнее, это должно быть указано как FRR (коэффициент текучести) или просто коэффициент текучести. FRR обычно используется как указание того, каким образом реологическое поведение зависит от распределения молекулярной массы материала.

ранее: ( MFI = индекс текучести расплава ) → в настоящее время: ( MFR = массовая скорость течения расплава )

ранее: ( MVI = индекс объема расплава ) → в настоящее время: ( MVR = объемная скорость течения расплава )

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

Параметр потока, который легко доступен большинству переработчиков, — это MFI. MFI часто используется для определения того, как полимер будет обрабатываться. Однако MFI не учитывает сдвиг, скорость сдвига или историю сдвига и, как таковой, не является хорошим показателем окна обработки полимера. Это одноточечное измерение вязкости при относительно низкой скорости сдвига и температуре. Ранее часто говорили, что MFI дает «точку», когда на самом деле для переработчиков полимеров нужен «график». Однако сейчас это неверно из-за уникального подхода, разработанного для оценки реограммы просто на основе знания MFI. [6]

Устройство MFI не является экструдером в традиционном смысле переработки полимеров, поскольку в нем нет шнека для сжатия, нагрева и сдвига полимера. MFI также не учитывает длинноцепочечное разветвление [7] и различия между реологией сдвига и удлинения. [8] Поэтому два полимера с одинаковым MFI не будут вести себя одинаково при любых заданных условиях переработки. [9]

Связь между MFI и температурой может быть использована для получения энергий активации для полимеров. [10] Энергии активации, полученные из значений MFI, имеют преимущество простоты и доступности. Концепция получения энергии активации из MFI может быть распространена также на сополимеры, в которых существует аномальная температурная зависимость вязкости расплава, приводящая к существованию двух различных значений энергий активации для каждого сополимера. [11]

Для подробного численного моделирования индекса текучести расплава см. [12] или [13] .

Формула индекса текучести расплава

ранее MFI (в настоящее время MFR ) = Вес (грамм) расплавленных образцов за 10 минут

Тестер индекса текучести расплава

Ссылки

  1. ^ AV Shenoy, DR Saini: Индекс текучести расплава: больше, чем просто параметр контроля качества. Часть I., Достижения в технологии полимеров, т. 6, № 1, стр. 1–58 (1986); Часть II., Достижения в технологии полимеров, т. 6, № 2, стр. 125–145 (1986).
  2. ^ AV Shenoy и DR Saini: Реология и обработка расплавов термопластов, Marcel Dekker Inc., Нью-Йорк (1996).
  3. ^ ASTM D1238-04
  4. ^ ИСО 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 г.
  6. ^ Шеной, А. В.; Чаттопадхай, С.; Надкарни, В. М. (1983). «От индекса текучести расплава к реограмме». Rheologica Acta . 22 : 90–101. doi :10.1007/BF01679833. S2CID  53622815.
  7. ^ Шеной, А. В.; Сайни, Д. Р. (1984). «Обновление индекса текучести расплава с помощью реограммы в области низких скоростей сдвига». Журнал прикладной полимерной науки . 29 (5): 1581–1593. doi :10.1002/app.1984.070290513.
  8. ^ Шеной, А. В.; Сайни, Д. Р. (1985). «Повторный анализ данных объемного течения расплавов полимеров». Angewandte Makromolekulare Chemie . 135 : 77–84. doi :10.1002/apmc.1985.051350107.
  9. ^ П. Прентис, Реология и ее роль в переработке пластмасс: № 12, стр. 25, раздел 3.1.3, 1995 г.
  10. ^ Saini, DR; Shenoy, AV (1983). "Новый метод определения энергии активации течения расплава полимера". Журнал макромолекулярной науки, часть B. 22 ( 3): 437–449. Bibcode : 1983JMSB...22..437S. doi : 10.1080/00222348308215200.
  11. ^ Шеной, А. В.; Сайни, Д. Р. (1988). «Влияние температуры на течение расплавов сополимеров». Химия и физика материалов . 19 (1–2): 123–130. doi :10.1016/0254-0584(88)90005-3.
  12. ^ Мерц, Алекс М., «Понимание индекса текучести расплава и ASTM D1238», магистерская диссертация, Университет Висконсина, кафедра машиностроения, Мэдисон, Висконсин (июль 2012 г.).
  13. ^ Мерц, AM, AW Микс, HM Бэк и AJ Джиакомин, «Понимание индекса расплава и ASTM D1238», Журнал испытаний и оценки , 41 (1), 1–13 (2013).