شاخص جریان مذاب (MFI) در پلیمرها چیست؟ + کاربردها

این شاخص به‌نوعی نشان دهنده بزرگی دانسیته مولکول پلیمری و در نهایت روانی مذاب پلیمری در شرایط آزمایشگاهی است.

شاخص جریان مذاب اندازه‌گیری سهولت جریان مذاب یک پلیمر گرمانرم است. شاخص جریان مذاب، جرم پلیمری (بر حسب گرم) است که در مدت ده دقیقه از میان یک روزنه (Die) با قطر و طول ثابت در دمای ثابت بیرون می‌آید و این در حالی‌ست که وزنه استانداردی بر روی پیستون محفظه رانش که حاوی حدود سه گرم (تا ۸ گرم) پلیمر است، قرار دارد. (gr/10 min)

برای مثال MFI نوعی از HDPE بدین صورت نوشته می شود: 190/21.6 ISO 1133= MFI که واحد آن gr/10 min است. این مطلب نشان می دهد که MFI این پلیمر تحت شرایط دمایی ۱۹۰ درجه سانتیگراد و وزنه ۲۱٫۶ kg قرار گرفته و مقدار خروجی آن بر حسب گرم در ۱۰ دقیقه اندازه گیری شده است.

استاندارهای مورد استفاده برای اندازه گیری MFI ASTM D1238 و ISO 1133 هستند. اساس کار بدین صورت است که نمونه در یک استوانه تحت دما و نیرویی که از طرف وزنه بالای آن اعمال می شود، قرار می گیرد.

تحت این شرایط مذاب آن شروع به خروج از منفذ تعبیه شده در پایین آن می کند. مقدار خروجی آن در زمان‌های معین توسط کاتر خودکاری برش خورده و در نهایت همه بریده ها به‌صورت تکی وزن و وزن میانگین اندازه گیری می شود.

طبق فرمولی مقدار MFI جسم تعیین می شود. در شکل زیر شماتیکی از این دستگاه دیده می شود.

مقدار MFI محصول تابعی از جرم مولکولی پلیمر است. هر چه مقدار MFI محصول بیشتر باشد، مذاب پلیمری روانتر است و در دمای پایین تری فرایند می‌شود.

تذکر: عبارات MFI با (MFR (Melt flow rate هم معنی هستند.

کاهش در مقدار MFI باعث:

• 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
• افزایش وزن مولکولی
• کاهش جلا و براقیت
• کاهش نفوذپذیری می شود.

دستگاه شاخص جریان مذاب

دستگاه شاخص جریان مذاب که طرح کلی آن در شکل ذیل نشان داده شده است از بخش های زیر تشکیل شده است:

سیلندر: ساخته شده از مواد مقاوم به فرسایش و خوردگی و حداکثر دمای سامانه گرمایشی. طول سیلندر بین 180-115 میلیمتر و قطر داخلی آن(007/0± 550/9) میلیمتر

پیستون: ساخته شده از مواد مقاوم به فرسایش و خوردگی و حداکثر دمای سامانه گرمایشی – برای عملکرد رضایت بخش دستگاه بهتر است سیلندر و کلگی پیستون از موادی با سختی متفاوت ساخته شوند.
طول موثر حداقل برابر با طول سیلندر
طول کلگی پیستون: (10/0±35/6) میلیمتر
قطر کلگی پیستون: (007/0± 474/9) میلیمتر

سامانه کنترل دما: دقت °C 1/0

دای: ساخته شده از کاربید تنگستن یا فولاد سخت. دای استاندارد دارای طول 000/8 میلیمتر و قطر داخلی اسمی منفذ 095/2 میلیمتر است. قطر منفذ دای باید به طور منظم به وسیله یک سنجه برو/نرو بررسی شود. دای باید دارای دو انتهای تخت و فاقد نشانه های ماشینکاری قابل رویت باشد.

وزنه: وزنه های استاندارد جهت قرارگیری در بالای پیستون برای اعمال فشار به گونه ای که مجموع وزن وزنه ها و پیستون، بار استاندارد را فراهم کند.

میله متراکم کننده: ساخته شده از مواد غیر ساینده جهت وارد کردن نمونه های آزمون به داخل سیلندر

کاتر

تایمر دیجیتال با 1/0 ثانیه

استانداردهای مرجع: ISIRI6980 ، EN ISO1133 ، ASTM D1238

برخی از عوامل تاثیر گذار بر نتایج آزمون

کالیبراسیون دستگاه: درجه حرارت، ابعاد و فاصله های فیزیکی و زمان فاکتورهایی هستند که باید به صورت دوره ای توسط مراجع معتبر کالیبره گردند.

تمیزکاری تجهیزات: سیلندر، پیستون و دای دستگاه بعد از هر اندازه گیری باید به وسیله یک تکه پارچه کاملا تمیز شوند. هرگونه مواد باقی مانده از آزمون قبلی که به بدنه سیلندر چسبیده باشد و یا منفذ دای را پوشانده باشد بر نتایج آزمون بعدی تاثیر خواهد گذاشت.

محیط قرارگیری دستگاه: کل تجهیزات باید در محیطی عاری از ارتعاش و جریان هوای زیاد قرار گیرند

رطوبت: میزان رطوبت می تواند متغیر بسیار بزرگی برای برخی از مواد مانند ABS ،PMMA ،PET و نایلون باشد. این مواد باید قبل از آزمون در کوره مناسب تحت شرایط کنترل شده خشک شوند. گاهی اوقات نیاز است که برخی از مواد تحت جریان N2 خشک شوند

جرم آزمونه: تغییرات جرم آزمونه و تکنیک شارژ کردن دستگاه می تواند بر نتایج آزمون تاثیر بگذارد.

منابع: بسپاران و آریانام

در ویدئوی زیر روش انجام این تست توسط دستگاه شرکت Instron نشان داده شده است: