شاخص جریان مذاب
ASTM D1238
ISO 1133
ISIRI 6980
شاخص جریان مذاب (MFI)(Melt Flow Index) یا نرخ جریان مذاب (MFR) (Melt Flow Rate)، مقدار وزن یک پلیمر مذاب برحسب گرم است که در مدت 10 دقیقه، از داخل یک دای با قطر و طول مشخص، تحت بار و درجه حرارت معین خارج میشود. مقدار بار و درجه حرارت برای هر پلیمر متفاوت بوده و براساس استاندارد مشخص میباشد.
این آزمون جریان یک پلیمر مذاب را از داخل پلاستومر اکستروژن تحت دمای مشخص و بارگذاری معینی اندازهگیری میکند. پلاستومر اکستروژن تشکیل شده است از یک سیلندر عمودی با قالبی به قطر 2 میلیمتر در انتها و یک پیستون قابل تعویض در بالا. تزریق مواد در سیلندر انجام سده و به مدت چند دقیقه گرم میشود. پیستون در بالای پلیمر قرار گرفته و وزن آن، پلیمر را با فشار از داخل قالب بر روی صفحه جمعآوری مواد، میراند. فاصله گذاری زمانی برای آزمون از 15 ثانیه تا 6 دقیقه به واسطه انطباق آزمون با ویسکوزیتههای مختلف پلاستیکها، متفاوت میباشد.
آزمون تعیین MFI برای تشخیص گریدهای مختلف یک پلیمر و کنترل کیفیت ترموپلاستیکها و طبقهبندی آنها به کار میرود. از این آزمون برای تعیین میزان سهولت قالبگیری مواد پلیمری در فرآیندهای مختلف مثل اکستروژن و تزریق استفاده میشود. اندازهگیری MFI آزمون سادهای است که به طور کیفی میزان ویسکوزیته مذاب ترمپلاستیکها را نشان میدهد. MFI با ویسکوزیته مذاب پلیمر نسبت عکس دارد به طوری که MFI پایین نشاندهنده ویسکوزیته بالا میباشد. در واقع MFI با جرم مولکولی پلیمر نیز نسبت عکس دارد و هر چه جرم مولکولی پلیمر بیشتر باشد، گرهخوردگی زنجیرهای آن بیشتر شده و MFI آن کاهش مییابد. توزیع جرم مولکولی یک پلیمر با استفاده از نسبت نرخ جریان (FRR) (Flow Rate Ratio) که نسبت بین مقادیر MFI آن با استفاده از وزنههای مختلف است، به دست میآید.
شکل زیر نمونهای از یک دستگاه اندازهگیری MFI را نشان میدهد. ماده ترموپلاستیک که در سیلندر عمودی جای میگیرد با فشار پیستون تحت باز، از درون یک دای جاری میشودو تراز نمودن دستگاه توسط پایههای قابل تنظیم انجام شده است و با یک تراز حبابدار کنترل میشود.
نام پلیمر | دمای آزمون | جرم وزنه (کیلوگرم) |
PS | 200 | 5 |
PE
PE PE PE |
190
190 190 190 |
16/2
325/0 60/21 00/5 |
PP | 230 | 16/2 |
ABS | 220 | 00/10 |
PS-I | 200 | 00/5 |
E/VAC
E/VAC E/VAC |
150
190 125 |
16/2
16/2 325/0 |
SAN | 220 | 00/10 |
AES, ACS, ASA | 220 | 00/10 |
PC | 300 | 20/1 |
PMMA | 230 | 80/3 |
PB
PB |
190
190 |
16/2
00/10 |
POM | 190 | 16/2 |
MABS | 220 | 00/10 |
محاسبه MFR
نرخ جریان جرمی مذاب (MFR)، بر حسب گرم بر 10 دقیقه با معادله زیر محاسبه میشود.
MFR (
که در آن
: دمای آزمون بر حسب درجه سانتیگراد
: بار اسمی بر حسب کیلوگرم
A: سطح مقطع عرضی متوسط پیستون و سیلندر بر حسب سانتیمتر مربع (که برابر با 711/0 سانتیمتر مربع میباشد)
: زمان مرجع (10 دقیقه) بر حسب ثانیه (600 ثانیه)
t: مدت زمان حرکت پیستون بین دو خط نشانه بر حسب ثانیه
l: فاصله خطوط روی پیستون یا میزان حرکت پیستون بر حسب سانتیمتر است.
: چگالی مذاب بر حسب گرم بر سانتیمتر در دمای ازمون که از معادله زیر به دست میآید
که در آن
m: جرم تعیین شده از طریق وزن کردن مواد خروجی از دستگاه (زمانی که پیستون به اندازه سانتیمتر حرکت کند) میباشد.