Chỉ số dòng chảy nóng chảy (MFI) – Đánh giá khả năng chảy của polymer

Chỉ số dòng chảy nóng chảy(MFI) – Đánh giá khả năng chảy của polymer

Trong số các đặc tính của polyme, MFI được sử dụng như một trong những phép đo kiểm soát chất lượng đối với polyme nhiệt dẻo, hỗn hợp nhựa nhiệt dẻo và công thức tổng hợp. Điều này phù hợp với tiêu chuẩn ASTM hoặc ISO.

Hơn nữa, giá trị MFI có thể cung cấp cho bạn thông tin chi tiết về các polyme:

• Trọng lượng phân tử trung bình,
• Khả năng xử lý,
• Quy trình sản xuất phù hợp.

Một polyme có chỉ số MFI cao có thể thuận lợi cho việc ép phun. Điều này là do các vật liệu có “chỉ số chảy cao” dễ dàng lấp đầy khuôn. Polyme có MFI thấp có thể thích hợp cho thổi khuôn và đùn vì chúng có độ bền nóng chảy cao hơn. Điều này giúp dễ dàng kiểm soát hình dạng khi làm nóng và làm phồng nhựa dạng phôi hoặc ống (parision)

Chỉ số chảy nóng chảy là gì?

Chỉ số chảy nóng  chảy (MFI) hoặc tỷ lệ chảy nóng chảy (MFR) là một phép đo được sử dụng để đánh giá tính lưu động hoặc độ nhớt nóng chảy của polyme.

MFI được định nghĩa là trọng lượng của polyme tính bằng gam chảy trong 10 phút qua một khuôn có đường kính và chiều dài cụ thể dưới áp suất do một quả cân có khối lượng xác định ép xuống ở một nhiệt độ nhất định. Đơn vị đo lường của MFI thường là gam/10 phút (g/10 phút).

Thiết bị kiểm tra MFI được thể hiện trong Hình 1. Khi thể tích của chất đùn được đo, tỷ lệ thể tích nóng chảy được báo cáo. Trong quá trình xử lý polyme, giá trị MFI được liên kết với loại polyme để chọn phương pháp xử lý phù hợp.

Ảnh 1: Máy đo chỉ số chảy nhựa MP1200 – Tinius Olsen

Ảnh hưởng của chỉ số MFI của polyme đến quá trình xử lý?

Quá trình xử lý polymer nóng chảy bao gồm cắt và kéo dãn dài. Một số phương pháp xử lý bao gồm: ép phun, ép nén, thổi khuôn, đùn, nhiệt định hình, v.v. Chỉ số MFI của polyme là một tính chất quan trọng để chọn phương pháp xử lý cụ thể.

Điều này là do MFI có thể liên quan đến độ nhớt cắt, sự phồng lên của khuôn, và độ nhớt kéo dài. Ví dụ, việc tính toán áp suất giảm tối thiểu trong quá trình lấp đầy khoang và lực kẹp tối thiểu để ngăn mở khuôn trong quá trình ép phun.

Các thông số sau có thể dễ dàng thu được thông qua kiến thức về MFI:

• Lực nén trong quá trình ép nén,
• Tổn thất áp suất qua khuôn có tiết diện phức tạp trong quá trình đùn,
• Sự phân tán nhiệt nhớt trong quá trình xử lý.

Chúng ta có thể giám sát các phép đo MFI bằng các hoạt động trước và sau xử lý như: liên kết chéo, đóng rắn, suy thoái, ổn định, và lão hóa của polyme. Bảng 1 cho thấy nhựa PP với các giá trị MFI khác nhau và các phương pháp xử lý để sản xuất các sản phẩm khác nhau. Ví dụ: Nhựa PP với giá trị MFI là 3.6 g/10 phút có thể được sử dụng để kéo đơn sợi. Nhựa PP với MFI là 10 g/10 phút có thể được sử dụng để sản xuất sợi liên tục số lượng lớn.

Bảng 1: Sản phẩm thu được từ nhựa PP có chỉ số MFI khác nhau

Lưu ý: Phạm vi MFI được cung cấp chỉ mang tính tương đối và có thể khác nhau tùy thuộc vào loại, nhà sản xuất và điều kiện xử lý. Bạn nên tham khảo bảng dữ liệu hoặc thông số kỹ thuật của nhà sản xuất polymer để biết giá trị MFI chính xác cho loại polymer cụ thể.

Các thuộc tính quan trọng của sản phẩm đã thể hiện mối liên hệ với MFI như:

• Sức căng,
• Độ bền uốn,
• Độ bền kéo,
• Lực tác động,
• Độ bền
• Lực kéo dãn dài

Các polyme có MFI thấp hơn, tức là các polyme có trọng lượng phân tử cao hơn có tính chất sau:

• Khả năng chống va đập tốt,
• Khả năng chống nứt ứng suất môi trường,
• Hiệu suất mỏi,

Làm thế nào để thay đổi chỉ số chảy nóng chảy của polyme?

Không dễ để tìm thấy các polyme có chỉ số MFI phù hợp cho các ứng dụng cụ thể. Các chất phụ gia đã được sử dụng để thay đổi chỉ số chảy nóng chảy của chúng. Ví dụ, việc thêm các chất phụ gia dựa trên peroxide có thể ổn định và tăng MFI của PP. Ưu điểm của các chất phụ gia thay đổi MFI là: Polyme loại dùng để đùn (ví dụ như PP) có thể được thay đổi để sử dụng trong quá trình ép phun. Giảm thiểu các vấn đề xử lý liên quan đến việc điền đầy ổ khuôn, ổn định chỉ số MFI và các tính chất cơ học từ đó tăng năng suất.

Ảnh hưởng của chỉ số chảy nóng chảy đối với các polyme/phức hợp chứa chất độn là gì?

Việc đưa các chất độn vào polymer có thể ảnh hưởng đến MFI của polymer. Sự bổ sung này có thể thay đổi dựa trên lượng/hình dạng/kích thước của chất độn được thêm vào. Chất độn gia cố cải thiện các tính chất cơ học, điện và nhiệt. Ví dụ: sợi thủy tinh, bột kim loại, v.v. Chất độn không gia cố giúp giảm chi phí. Ví dụ: canxi cacbonat, talc, v.v. Nhìn chung, polyme có MFI cao có thể giúp phân tán chất độn hiệu quả với khả năng tương thích tốt. Trong khi đó, polyme có MFI thấp dẫn đến sự phân tán kém và khả năng tương thích không đủ với chất độn. Sự phân tán hiệu quả với lượng nhỏ chất độn có thể giúp giảm thiểu sự giảm MFI. Tương tự, việc pha trộn polyme tái chế với polyme nguyên sinh cũng có thể ảnh hưởng đến giá trị MFI. Đặc biệt khi polyme tái chế có trọng lượng phân tử thấp hơn so với polyme nguyên sinh.

Việc đo giá trị MFI của các polyme chứa chất độn để chọn các thông số xử lý phù hợp.

Chỉ số chảy nóng chảy của polyme và chất độn hút ẩm Polyme/chất độn hút ẩm nhạy cảm với độ ẩm hấp thụ từ không khí (Bảng 2). Những vật liệu này phải được sấy khô trước để đảm bảo nước hấp thụ được loại bỏ. Nếu những vật liệu này không được sấy khô đủ: Có thể có tác động xấu đến giá trị MFI. Độ ẩm hấp thụ có thể dẫn đến việc tăng giá trị MFI do quá trình thủy phân. Tùy thuộc vào polyme/chất độn, điều kiện sấy khô trước có thể thay đổi đáng kể. Do đó, nhiệt độ và thời gian sấy khô phù hợp cho từng vật liệu nên được sử dụng theo bảng dữ liệu của nhà sản xuất để thu được giá trị MFI đáng tin cậy và có thể tái lập.

Bảng 2: Các polymer/ chất độn hút ẩm và không hút ẩm

Khi các polyme được tái chế cơ học, chúng có thể trải qua quá trình giảm trọng lượng phân tử do sự xuống cấp. Do đó, MFI có thể tăng lên.

Ví dụ: Chỉ số MFI của chai PET tái chế (145 g/10 phút) cao gấp năm lần so với mảnh PET sau tiêu dùng (32 g/10 phút). Điều này là do giảm trọng lượng phân tử bởi sự thủy phân trong quá trình tái chế cơ học. Tác động xấu đến MFI của PET tái chế được giải quyết bằng cách thêm chất kéo dài chuỗi. Chất kéo dài chuỗi cũng giúp tăng trọng lượng phân tử của PET. Sự giảm MFI tương tự cũng được quan sát thấy ở polyester phân hủy sinh học (PLA). Một chất kéo dài chuỗi được giới thiệu để tăng trọng lượng phân tử. Việc chọn chất kéo dài chuỗi không phù hợp có thể dẫn đến tăng MFI bằng cách hoạt động như một chất làm dẻo.

Các chất phụ gia liên kết ngang như peroxide cũng đã cho thấy rất hiệu quả trong việc giảm MFI trong các hỗn hợp polyester. Điều này được thực hiện để điều chỉnh các công thức sử dụng trong ép phun, thổi khuôn, thổi màng, hoặc sản phẩm nhiệt hình.

Các tiêu chuẩn cho phép đo MFI là gì?

Hai tiêu chuẩn phổ biến sau đây được sử dụng rộng rãi để kiểm tra MFI trong ngành công nghiệp polyme cho việc kiểm soát chất lượng:

ASTM D1238 – Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn cho tỷ lệ chảy nóng chảy của nhựa nhiệt dẻo.

ISO 1133 – Xác định tỷ lệ khối lượng chảy nóng chảy và tỷ lệ thể tích chảy nóng chảy của nhựa nhiệt dẻo.

Các điều kiện để xác định chỉ số chảy nóng chảy là gì?

Bảng 3 trình bày các điều kiện khuyến nghị để xác định tỷ lệ chảy nóng chảy và tỷ lệ thể tích chảy nóng chảy cho các vật liệu thông thường. Các điều kiện này tuân theo hướng dẫn của Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế (ISO) và Hiệp hội Thử nghiệm và Vật liệu Hoa Kỳ (ASTM). (ví dụ, 190/2.16 = 190°C với trọng lượng 2.16 kg).

Bảng 3: Điều kiện để xác định chỉ số chảy nóng chảy theo ASTM và ISO

Tham khảo dòng máy đo chỉ số chảy nhựa MP1200 của Tinius Olsen