Незважаючи на часту критику, вимір Індексу плинності розплаву MFR залишається одним з кращих способів оцінити середнє значення відносної молекулярної маси полімеру. Оскільки молекулярна маса MW є важливим показником, що впливає на якість полімерних матеріалів, вимір цього показника стало широко поширеною практикою у виробництві полімерів.

Індекс плинності розплаву довгий час вважався другорядним показником при проведенні випробувань полімерних матеріалів. Технологи недооцінювали його важливості, не звертаючи на нього особливої ​​уваги. Викладачі, які готують технологів полімерної промисловості, переконували себе і своїх учнів в тому, що індекс плинності розплаву являє собою одиночну точку на кривій, що характеризує в'язкість як функцію від швидкості зсуву. Оскільки властивості розплаву пластиків відповідають неньютоновской рідини, їх в'язкість залежить від швидкості зсуву.

При вимірі індексу плинності розплаву розплавлений матеріал рухається з постійною плинністю, що дозволяє отримати єдине значення швидкості зсуву, але не забезпечує оцінку всього спектра властивостей матеріалу як функції від зміни швидкості зсуву. Крім того, швидкість зсуву навіть не контролюється. При додатку до матеріалу навантаження або зсувне напруги, постійних протягом усього випробування, швидкість зсуву стає вихідним параметром випробування. Сам по собі індекс плинності розплаву відображає швидкість зсуву, досягнуту в ході проведення випробування, але є результатом проведення випробування, а не контрольованим заданим параметром.

В академічних колах не подобається сама одиниця вимірювання. Як отримати з величини, вимірюваної в "грамах / 10 хвилин" щось значуще і зрозуміле в рамках фундаментальних властивостей полімерних матеріалів? Я інтенсивно писав наукові роботи, що стосуються відповідності між індексом плинності розплаву і середня молекулярна маса яких. У відповідь я отримував розгнівані листи від професорів галузевих університетів, що вказують на відсутність логіки в спробі перевести "грами / 10 хвилин" в молярну масу, вимірювану в грамах / моль. Це важливе питання, на який ви отримаєте відповідь в цьому циклі статей.

Відверто кажучи, вимір індексу плинності розплаву є не найкращим інструментом для оцінки технологічності матеріалу. Більш детально ми торкнемося цього питання в одній з наступних статей. Але індекс плинності розплаву ніколи і не претендував на міру оцінки технологічності. Цей міф створили самі фахівці полімерної промисловості. І саме уявлення про те, що індексатор плинності розплаву являє собою капілярний реометр, відповідний "для жебраків", в корені не вірно. Крім того, залежність індексу плинності розплаву до середньої молекулярної масі відносно постійна. Однак існує безліч факторів, які можуть вплинути на цю залежність і утруднити інтерпретацію результатів вимірювання.

Наприклад, додавання компаундірующіх матеріалів, таких як скловолокно, модифікатори ударної міцності і різні добавки можуть змінити індекс текучості розплаву, анітрохи не вплинувши на середню молекулярну масу полімеру. Але якщо ці випробування настільки марні, чому індекс плинності розплаву включений практично в усі листи технічних даних на матеріали (Material Data Sheets) Крім того, часто індекс плинності розплаву є основною характеристикою, що відрізняють матеріали одного сорту від іншого в рамках обраного сімейства полімерів. Для таких матеріалів як полікарбонат, ацеталь і полістирол, індекс текучості розплаву часом є єдиним параметром листів технічних даних на матеріали, що значно відрізняється для різних сортів матеріалів в конкретному комерційній пропозиції. Причина проста. З огляду на, що інші параметри підтримуються на постійному рівні, вимір Індексу плинності розплаву MFR залишається одним з кращих способів оцінити середнє значення відносної молекулярної маси полімеру. Оскільки молекулярна маса MW є важливим показником, що впливає на якість полімерних матеріалів, вимір цього показника стало широко поширеною практикою у виробництві полімерів.

Індекс плинності обернено пропорційний в'язкості розплаву. Матеріали з високою в'язкістю більше опираються плинності, тому їх плинність при інших рівних умовах нижче ніж у матеріалів з низькою в'язкістю.

Фахівці, що займаються інжекційним литтям, вважають за краще працювати з матеріалами другого типу, такий матеріал швидше заповнює необхідні порожнини в прес-формі і відноситься до матеріалів з високою плинністю. Технологи, що працюють з екструдерами і машинами для лиття з роздуванням воліють матеріали з підвищеною молекулярною масою, оскільки вони забезпечують більшу міцність розплаву, що позитивно позначається на рівномірності заповнення матриць складної форми без урахування впливу поздовжньої усадки екструдіруемого потоку. Споживачі надають перевагу виробам з полімерів з більшою молекулярною масою (часом самі того не знаючи), оскільки велика молекулярна маса забезпечує кращий зовнішній вигляд виробів. Стійкість до ударів. втомні характеристики, стійкість до руйнування під впливом светопогодних впливів і бар'єрні властивості поліпшуються з ростом молекулярної маси.

У перший раз я оцінив важливість молекулярної маси як критерію вибору матеріалу більше 30 років тому при лиття виробів із пластику. Ми виробляли корпусу дорожніх світлофорів з полікарбонату для інжекційного лиття з високою молекулярною масою. Номінальний індекс текучості розплаву матеріалу становив 5 грам / 10 хвилин. Геометрія виробів в поєднанні зі зношеністю машин для лиття значно ускладнювали виробництво. Оскільки якість виробу було критично важливим показником, щоб переконатися в правильності ходу технологічного процесу, ми проводили випробування методом визначення ударної міцності за допомогою вільно падаючого вантажу щогодини. По завершенні виробництва ми повторили випробування ударної міцності для 20 випадково вибраних виробів. Як правило, всі 20 з 20 виробів успішно проходили випробування.

Одного разу, ми вирішили оцінити, як вплине на якість готової продукції використання полімерів з меншою молекулярною масою. При цьому, ми керувалися такими міркуваннями: Якщо ми зможемо використовувати для виробництва матеріал з більшою плинністю, ми зможемо знизити температуру розплаву матеріалу і тиску при інжекції і упаковці. Це знизить руйнують впливу на матеріал і поліпшать ударну міцність деталі, або, як мінімум, компенсують зниження ударної міцності, викликане використанням матеріалу з меншою молекулярною масою.

Відібравши матеріал з номінальним індексом плинності розплаву 10 грам / 10 хвилин, ми виявили, що дійсно можемо знизити температуру плавлення матеріалу на 22 ° C, а тиск на першій стадії формування на 10%. Однак, випробування ударної міцності 20 деталей, виготовлених з цього матеріалу, дало плачевні результати: тільки 4 зразка перенесли випробування. І це сталося не дивлячись на те, що значення ударної міцності зразків, виміряний за методом Изодом, наведені в листах технічних даних на матеріали, були однакові для обох сортів матеріалу. Така невідповідність між фактичними характеристиками і характеристиками, очікуваними на підставі листів технічних даних на матеріали, в полімерному виробництві зустрічаються часто-густо. Ми розглянемо причини цього явища в наступних статтях.

У наступній статті ми опишемо процедуру проведення випробування індексу плинності розплаву і обговоримо деякі сильні і слабкі сторони цього випробування. Ми також з'ясуємо причину, по якій багато постачальників матеріалів використовують властивості матеріалів не тільки для заповнення листів технічних даних на матеріали, але і в якості ключового параметра для сертифікації якості партій продукції.

ПРО АВТОРА:

Майкл Сепе (Michael Sepe) - незалежний консультант з матеріалами і технологічних процесів з Седона (шт. Арізона, США). Його клієнтами є багато компаній з Північної Америки, Європи та Азії. Його 35-річний досвід в полімерній промисловості дозволяє допомогти клієнтам з вибором матеріалів, розробки проектування з урахуванням технологічності, оптимізацією процесів, усуненням неполадок і аналізом причин.