Điểm mạnh và yếu của các phương pháp đo chỉ số chảy nhựa Mi

Để đánh giá đầy đủ các điểm mạnh và điểm yếu của phép thử tốc độ dòng chảy (MFR), điều quan trọng là phải biết một số điều về cách thức thử nghiệm được thực hiện.

Bởi vì độ nhớt của polyme thay đổi theo tốc độ dòng chảy, hoặc tốc độ cắt, một đặc tính hoàn chỉnh của độ nhớt phải cho phép các phép đo ở nhiều tốc độ cắt và tạo ra một biểu đồ nắm bắt mối quan hệ này. Máy đo lưu biến mao quản có thể cung cấp dữ liệu như vậy, nhưng không phải là máy kiểm tra tốc độ dòng chảy. Đây là đầu ra của máy đo lưu biến mao quản cho hai polypropylene.

Để đánh giá đầy đủ các điểm mạnh và điểm yếu của kiểm tra tốc độ dòng chảy (MFR), điều quan trọng là phải biết một số điều về cách thức kiểm tra được thực hiện. Phương pháp luận được đề cập bởi ASTM D 1238, trong khi tiêu chuẩn quốc tế tương ứng là ISO 1133. Có sự khác biệt nhỏ giữa các phương pháp, nhưng về cơ bản chúng thực hiện cùng một chức năng.

Cả hai đều thiết lập tốc độ mà polyme chảy trong các điều kiện rất cụ thể thông qua một thiết bị có dạng hình học rất cụ thể. Đối với phương pháp ASTM, hình trụ mà vật liệu được nạp vào có đường kính 0,376 in. Và ở dưới cùng của hình trụ là một miếng chèn có thể tháo rời với lỗ hoặc lỗ nhỏ hơn, như nó thường được chỉ định. Trong khi một số vật liệu được thử nghiệm bằng cách sử dụng lỗ không tiêu chuẩn, lỗ tiêu chuẩn có chiều cao 0,315 inch +0,001 inch và đường kính 0,0825 inch. +0,00025 inch.

Các dung sai ở đây cho thấy rằng các kích thước của đường dẫn dòng chảy được coi là quan trọng… và chúng đúng như vậy. Các thiết bị MFR đi kèm với một thước đo đi / không cho đường kính lỗ phun phải được sử dụng thường xuyên để đảm bảo rằng lỗ mở nằm trong thông số kỹ thuật. Nguồn gốc có sẵn trong các vật liệu khác nhau và một số bền hơn những vật liệu khác, đặc biệt là chống lại các tác động của quá trình làm sạch mạnh có thể làm mở rộng lỗ. Ngoài ra, làm sạch bề mặt trên và dưới của lỗ thoát nước có thể làm giảm chiều cao. Đây là những yếu tố có thể làm giảm độ chính xác của các phép đo.

Giả sử thiết bị vật lý ở trong tình trạng tốt, thử nghiệm trước tiên bao gồm việc thiết lập nhiệt độ thích hợp cho vật liệu được thử nghiệm. Các nhiệt độ quy định dành riêng cho polyme: Polycarbonate (PC) thường được thử nghiệm ở 300 C, polyetylen ở 190 C, v.v. Đối với một số polyme, có hai hoặc thậm chí ba điều kiện được công nhận có thể được sử dụng và thường là nhà cung cấp nhựa sẽ quyết định cái nào nó sử dụng. Có lẽ ví dụ tốt nhất về điều này là ABS, nơi một trong ba nhiệt độ khác nhau có thể được sử dụng để thực hiện thử nghiệm. Vì vậy, khi thực hiện các thử nghiệm kiểm soát chất lượng sắp tới, điều quan trọng là phải sử dụng các điều kiện tương tự như nhà cung cấp vật liệu của bạn nếu bạn mong đợi nhận được kết quả tương tự. Cũng giống như hình dạng của lỗ, việc hiệu chuẩn nhiệt độ là rất quan trọng.

Thông số đầu vào quan trọng khác là khối lượng được đặt trên mẫu vật liệu sau khi đã được nạp vào ống đong và đưa đến nhiệt độ quy định. Đây cũng là một điểm đặt cụ thể của polymer và nó có thể là một số duy nhất được tất cả đồng ý, chẳng hạn như 1,2 kg đối với PC, hoặc nó có thể là một trong hai hoặc ba giá trị, như trong trường hợp của ABS. Đối với mỗi nhiệt độ trong số ba nhiệt độ có thể được sử dụng để thử nghiệm ABS, có một khối lượng cụ thể đi kèm với nhiệt độ đó. Bạn có thể sử dụng 200 C với tải trọng 5 kg, 230 C với 3,8 kg hoặc 220 C với 10 kg. Và, vâng, mỗi điều kiện sẽ cho bạn một kết quả khác nhau cho cùng một hợp chất. Giá trị MFR thực tế do thử nghiệm cung cấp được biểu thị bằng gam / 10 phút và được điều chỉnh bởi các điều kiện thử nghiệm và thành phần của vật liệu được thử nghiệm.

Đây là điều cơ bản quan trọng liên quan đến thử nghiệm này: Tải trọng là đầu vào dẫn vật liệu đi qua lỗ thoát nước; tốc độ dòng chảy là đầu ra. Do đó, thử nghiệm MFR là thử nghiệm ứng suất cắt không đổi, không phải là thử nghiệm tốc độ cắt không đổi. Theo định nghĩa, nó là một cấu hình giới hạn áp suất. Về mặt này, nó khác với máy đo lưu biến mao quản, một thiết bị đo độ nhớt có thể kiểm soát và thay đổi tốc độ dòng chảy của phép thử trong khi đo lực cần thiết để đạt được tốc độ dòng chảy đó

Phép đo lưu biến mao quản là một phép thử tốc độ cắt có kiểm soát và có thể cung cấp một phép đo thực sự về độ nhớt hoặc khả năng chống lại dòng chảy. Và bởi vì độ nhớt của polyme thay đổi theo tốc độ dòng chảy, hoặc tốc độ cắt, một đặc tính hoàn chỉnh của độ nhớt phải cho phép các phép đo ở nhiều tốc độ cắt và tạo ra một biểu đồ nắm bắt mối quan hệ này. Hình 1 cho thấy đầu ra của máy đo lưu biến mao quản cho hai vật liệu polypropylene.

Đây là nơi mà một trong những lời chỉ trích phổ biến đối với phép thử MFR. Các nhà phê bình chỉ ra rằng trong khi phép đo lưu biến mao quản cung cấp một bức tranh đầy đủ về mối quan hệ giữa độ nhớt và tốc độ cắt trong một loạt các điều kiện phản ánh nhiều quá trình khác nhau, thì MFR chỉ ghi lại một điểm trên đường cong.

Đây là sự thật. Câu hỏi là, “Vậy thì sao?” Phê bình này ngụ ý rằng thử nghiệm MFR được thiết kế để cung cấp một số dấu hiệu về khả năng xử lý. Đó không bao giờ là mục đích chính của nó. Thay vào đó, nó nhằm cung cấp một cách đơn giản để đo trọng lượng phân tử trung bình tương đối (MW) của polyme. Khi MW giảm, MFR tăng. Vì trọng lượng MW thúc đẩy hiệu suất trong vật liệu polyme, đây là điều cần được quan tâm.

Khi một nhà cung cấp polycarbonate tạo ra một loạt các loại được phân biệt chủ yếu bằng MFR của họ, thì họ sẽ xác định các sản phẩm theo MW trung bình của họ. Trọng lượng phân tử ảnh hưởng đến hiệu suất va đập, khả năng chống mỏi, chống rão, chống nứt do môi trường và các đặc tính của rào cản. MW càng cao, hiệu suất càng tốt. Khi một nhà cung cấp thiết lập một phạm vi thông số kỹ thuật xung quanh một giá trị MFR danh nghĩa được công bố cho một cấp, thì nhà cung cấp sẽ không làm như vậy bởi vì họ quan tâm đến cách vật liệu sẽ được xử lý trong một thiết bị cụ thể. Nhà cung cấp giám sát MFR vì họ biết đây là chỉ số cho thấy MW trung bình của vật liệu đang được kiểm soát và nằm trong phạm vi đã thỏa thuận.

Giá trị MFR thực tế chắc chắn có ý nghĩa đối với quá trình xử lý. Không ai có thể giả vờ rằng một polycarbonate có MFR 4 g / 10 phút sẽ chảy xa qua cùng một đường dòng và trong cùng điều kiện đúc như một polycarbonate có MFR là 20. Nhưng sự khác biệt thực sự về độ nhớt không lớn bằng những con số này sẽ gợi ý, bởi vì sự khác biệt về tốc độ dòng chảy tự động có nghĩa là sự khác biệt về tốc độ cắt, và với tốc độ cắt cao hơn thì độ nhớt thấp hơn. Tốc độ cắt mà tại đó kiểm tra MFR được thực hiện tỷ lệ thuận với chính giá trị MFR. Nhân MFR với khoảng 2,2 sẽ cho tốc độ cắt tại đó phép thử được thực hiện. Vì vậy, vật liệu 4 tan được thử nghiệm với tốc độ cắt khoảng 8,8 giây 1 trong khi vật liệu 20 tan được thử nghiệm ở 44 giây 1. Không chỉ các tỷ lệ cắt này khác nhau,