دستگاه اتوماتيك اندازه گیری شاخص جریان مذاب-پلاستومتر- MFI
مدل GT-7100-MIساخت کمپانی گوتِک Gotech تایوان
کاربرد: از این دستگاه برای تعیین گرید مواد پلاستیکی، تعیین فرایند مناسب برای تولید آن ها(برای مثال اکستروژن و تزریقی) و همچنین میزان تغییر خواص مواد بعد از فرایند تولید استفاده می گردد.
شرح آزمون :
دستگاه GT-7100-MI دستگاه تعیین شاخص جریان مذاب پلاستیک ها می باشد. این دستگاه به صورت اتوماتیک می باشد. تمامی مقادیراز جمله دما و زمان در صفحه نمایشگر دیجیتالی دستگاه توسط کاربر تنظیم می شود. ماده تحت آن دما ذوب شده و در زمان تعیین شده مذاب از دای بیرون می آید ،دستگاه بوق زده و کاتر به صورت اتوماتیک مذاب بیرون آمده را برش می دهد. نمونه های بیرون آمده از دای وزن کرده و میزان MFI در 10 min توسط کاربر محاسبه می شود. دستگاه دارای دو کنترلر دمایی بوده که امکان کنترل دما را بالا و پایین سیلندر فراهم می کند.
مطابق با استاندارد های:
ASTM D 1238، ISO 1133 ، ISO 4440 -1
ISIRI 6980 ،ISIRI 7175-7 ،ISIRI 1331
آزمون های قابل انجام:
تعیین MFI که همان تعیین شاخص جریان مذاب می باشد.
مشخصات فنی:
محدوده دمایی: دمای محیط تا 400 درجه سانتی گراد
دقت دمایی: 2/0 درجه سانتی گراد
مطابق با استاندارد تفکیک دمایی : 1% درجه سانتی گراد
وزنه ها : 325 g, 1, 1.2, 2.16, 3.8, 5 kg
كاتر اتوماتیک
دارای دو کنترلر دمایی
MFR یا MFI چیست و اهمیت این آزمون در صنعت پلاستیک چیست ؟
شاخص جریان مذاب یک ویژگی از ترموپلاستیک‌هاست که خصوصیات محصول تولیدی را تحت تأثیر قرار می‌دهد. MFI یک عدد کاربردی می‌باشد که سرعت جریان مذاب ترموپلاستیک را بیان می‌کند و معیاری از سیالیت یک ترموپلاستیک و تابعی از وزن مولکولی آن در دما و فشار مشخص است. این آزمایش بر اساس استاندارد ASTM D1238 (ISO 1133) و با استفاده از دستگاه پلاستومتر انجام می‌گیرد. دانستن MFI پلاستیک ها کمک می‌نماید تا بتوان پایه پلیمری را به درستی انتخاب نمود. برای این مهم ابتدا باید نوع پلیمر تشخیص داده شود تا با توجه به آن روش و شرایط آزمون مهیا گردد.
به طور مشخص مقدار گرم یک پلیمر ترموپلاستیک که در اثر فشار حاصل از یک وزنه معین در درجه حرارت مشخص از یک دای به طول mm8 و قطر mm0955/2 در مدت زمان ۱۰ دقیقه عبور نماید را نرخ جریان مذاب آن ترموپلاستیک می‌گویند.
این آزمون برای مواد اولیه (جهت تائید کیفیت مواد) و نیز برای محصول انجام می‌شود. به این صورت که MFI به دست آمده برای محصول مطابق استاندارد، نباید بیش‌تر از ۲۵% با MFI ماده اولیه تفاوت داشته باشد؛ در غیر این صورت فرآیند تولید، نیازمند تنظیمات جدید خواهد بود.
نکته بسیار مهم این است که MFI در واقعا میزان سیالیت یا Fluidity پلیمر را اندازه می‌گیرد نه ویسکوزیته را! اما در صنعت این طور رواج یافته است که به عنوان مثال وقتی MFI بالاست بدین معناست که ویسکوزیته پلیمر پایین می‌باشد. با افزایش جرم مولکولی سیالیت پلیمر کم می‌شود و در نتیجه میزان خروجی مذاب پلیمری (MFI) نیز کم خواهد شد.
شاخص جریان مذاب با جرم مولکولی و ویسکوزیته رابطه عکس دارد. پلیمر با جرم مولکولی بالاتر، MFI کمتری دارد. هر چه مقدار MFI بیش‌تر باشد، جرم مولکولی پایین‌تر، مذاب پلیمری روان‌تر و ترموپلاستیک در دمای پایین‌تری فرآیند می‌گردد. همچنین خواص مکانیکی ترموپلاستیک با MFI بالاتر، ضعیف‌تر می‌باشد. معمولاً مقدار MFI به گرید پلیمر ارتباط داده می‌شود و بر این اساس نوع فرآیند را انتخاب می‌کنند. این آزمایش برای تعیین میزان سهولت قالب‌گیری مواد پلیمری به طریق تزریق و اکستروژن صورت می‌گیرد. به طور کلی ترموپلاستیک با MFI بیش‌تر در قالب‌گیری تزریقی و ترموپلاستیک با MFI کم‌تر در قالب‌گیری دمشی و اکستروژن کار برد دارد.
لازم به ذکر است تغییرات زیاد در شاخص جریان مذاب می‌تواند نشانه‌ای از مناسب نبودن مواد اولیه جهت کاربرد مورد نظر باشد. برای پلاستیک‌هایی که دارای وزن مولکولی پایین هستند باید از وزنه‌های پایین استفاده نمود؛ زیرا اعمال وزنه بالا سبب ریزش و خروج ناگهانی مذاب از سیلندر و دای می‌گردد و نتایج حاصله قابل اعتماد نخواهد بود. همچنین اگر برای پلاستیک‌های دارای وزن مولکولی بالا این آزمون با وزنه بالا انجام گیرد، به دلیل ویسکوزیته بالای نمونه، مذاب از دای خارج نشده و MFI قابل محاسبه نمی‌باشد.
عوامل مؤثر بر MFI:
- توزیع وزن مولکولی
- درصد کومونومر
- درجه شاخه‌ای شدن زنجیر
- بلورینگی
- میزان انتقال حرارت در فرآورش ترموپلاستیک
کاهش در مقدار MFI، باعث ایجاد موارد زیر می‌شود:
- افزایش وزن کولکولی
- افزایش سختی
- افزایش استحکام کششی
- افزایش در استحکام نقطه تسلیم
- افزایش مقاومت در برابر خزش
- افزایش چقرمگی
- افزایش دمای نرم شدن
- افزایش مقاومت در برابر تنش ترک
- افزایش مقاومت شیمیایی
- کاهش جلا و براقیت
- کاهش نفوذپذیری
سرعت جریان مذاب نسبت عکس با ویسکوزیته مذاب در شرایط آزمون را دارد، اگرچه باید در نظر داشت که ویسکوزیته برای هر ماده‌ای بستگی به نیروی اعمالی دارد. همچنین نسبت‌های بین دو سرعت جریان مذاب برای یک ماده با استفاده از وزن‌های مختلف می‌تواند معیار اندازه‌گیری پهنا توزیع وزن مولکولی باشد.
با اعمال یک وزنه یکسان، هر چه MFI یک نمونه مذاب پلیمری بیش‌تر باشد بدان معناست که ویسکوزیته آن کم‌تر است. هر چه ویسکوزیته کم‌تر باشد، می‌توان نتیجه گرفت که وزن مولکولی آن نمونه پایین‌تر است. لذا می‌توان گفت که MFI ساده‌ترین روش استاندارد برای مقایسه نسبی وزن مولکولی ترموپلاستیک‌هاست.
توجه به این نکته مهم است که وقتی به یک پلیمر آمورف، افزودنی اضافه می‌گردد؛ همیشه میزان MFI اش کاهش پیدا می‌کند اما در پلیمرهای نیمه بلورین در بعضی از مواقع این اتفاق برعکس می‌شود. یعنی به عنوان مثال اگر به ترموپلاستیک PP فیلر اضافه شود، MFI آن نسبت به حالت خالصش بیش‌تر می‌گردد. دلیل این موضوع را بیش‌تر به لغزش زنجیره‌ها روی فیلر ربط می‌دهند. معمولاً برای تالک این اتفاق رخ می‌دهد.
MFI در اصل ویسکوزیته در یک دما و تحت یک بار خاص (این بار می‌تواند از kg5/0 تا kg6/21 تغییر کند) هست. حالا هر چقدر ماده‌ای که تحت آزمون MFI می‌باشد، ساختار شیمیایی ساده داشته باشد و طول زنجیرهایش کوچک باشند مولکول‌ها به راحتی می‌توانند روی هم‌دیگر بلغزند و از دای خارج شوند و در نتیجه میزان MFI بالاتر است. در مقابل هر چه ریزساختار پیچیده‌تر دارای شبکه‌‌های سه بعدی فیزیکی و مولکول‌هایی با زنجیرهای بلند باشند حرکت سخت‌تر و با ممانعت بیش‌تری همراه هست به همین دلیل میزان MFI پایین‌تر می‌شود.
مشابه این تست برای الاستومرها هم تستی وجود دارد تحت عنوان Mooney Viscosity که در این تست رابر را در یک رئومتر Cone and Plate در دمای ثابت و سرعت چرخش ثابت مورد آزمون قرار می‌دهند و میزان جهندگی (resilience) را بعد از یک مدت زمان مشخص (معمولاً ۴ دقیقه) گزارش می‌کنند.
نکته جالبی که در مورد MFI وجود دارد این است که از این تست هیچ نتایجی در مورد ویسکوزیته پلیمر را نمی‌توان به طور مستقیم در حین فرآیند، شبیه‌سازی کرد؛ ولی تست خیلی کاربردی در بخش کنترل کیفیت کارخانجات محسوب می‌شود.