Chỉ số chảy MFI, phương pháp tiếp cận thực nghiệm

máy đo chỉ số chảy của hạt nhựa MFI QC-652S Comtech

Máy thử nghiệm đo chỉ số MFI QC-652S Cometech

Chỉ số dòng chảy MFI: Không chỉ đơn thuần là một thông số lưu biến để kiểm soát chất lượng.

Thử nghiệm chỉ số (dòng) chảy MFI bắt nguồn từ các phòng thí nghiệm của ICI, trong giai đoạn đầu của quá trình phát triển polyetylen, và trong quá khứ nó chủ yếu được sử dụng để xác định đặc tính và thông số kỹ thuật của polyetylen.

Nó được chỉ định như một phép thử kiểm soát chất lượng lưu biến tiêu chuẩn trong ISO, BS và ASTM. Tuy nhiên, mỗi bài kiểm tra thử nghiệm tiêu chuẩn có một số biến thể. Ví dụ, trong Phương pháp 105C của BS 2782 (1970), ‘ba biến thể được mô tả tương ứng với IS0 R292 (1967).

Ý nghĩa của tốc độ dòng chảy là phụ thuộc vào khối lượng phân tử, phụ gia và các thành phần khác. Giá trị chỉ số dòng chảy cho phép ta so sánh trực tiếp các vật liệu với nhau và là một công cụ có giá trị để đảm bảo chất lượng.

Phương pháp tiếp cận

Một số hay mục đích phổ biến để thực hiện kiểm tra Tốc độ dòng chảy là:

  • So sánh các vật liệu để phát triển sản phẩm: So sánh các mẫu “tốt” và “xấu”., So sánh hàng loạt
  • Đánh giá mẫu từ các nhà cung cấp vật liệu mới – Chứng nhận nguyên liệu thô
  • Ước tính đặc tính dòng chảy cho các quy trình đùn đơn giản
  • Dự đoán hành vi của polyme cho các kỹ thuật xử lý nhất định
  • So sánh nhanh để kiểm soát chất lượng và sản xuất
  • Sự phù hợp của vật liệu với Giấy chứng nhận phân tích
  • Phân biệt cấp độ của vật liệu
  • Xác định bản chất của sự suy thoái vật liệu (điều kiện chế biến, vận chuyển, bảo quản và sấy khô)

Cân nhắc lựa chọn mẫu cho thực nghiệm:

  • Mẫu đo MFI phải có khả năng nấu chảy. Một phép xác định MFI đơn lẻ yêu cầu khoảng 10 gam vật liệu và các mẫu thường được đánh giá lặp lại. Thông thường cần một vài lần chạy thử để đặt khối lượng phù hợp cho máy thử, vì vậy, lý tưởng nhất là với khoảng 100 gam mẫu.
  • Thông thường, các mẫu có dạng:
  • Viên
  • Dạng mảnh
  • Bột

Với điều kiện tiên quyết là Mẫu phải “nóng chảy” để được đánh giá bằng thiết bị MFI. Để nạp mẫu vào thiết bị, mẫu phải có cỡ hạt theo thứ tự khoảng 3 mm hoặc nhỏ hơn để có thể nạp vào phần thùng của thiết bị. Vì vậy, hạt nhựa điển hình là một kích thước hạt thích hợp. Phép đo chỉ số chảy MFI quan đến việc cân khối lượng của một chất dẻo chảy ra từ thiết bị trong một khoảng thời gian. Một số vật liệu polyme (polyetylen cho các ứng dụng túi) có tốc độ dòng chảy cao đến mức phương pháp MFI trong trường hợp đó phải là một hệ thống tự động để thu được kết quả đáng tin cậy.

Vật liệu nhựa nhiệt dẻo có thể được đánh giá bằng phương pháp phân tích MFI. Cũng như Tốc độ dòng chảy (MFR-Melt Flow Rate) và Tốc độ thể tích nóng chảy (MVR-Melt Volume Rate).

Một số ví dụ về vật liệu được đánh giá, bao gồm:

  • Polypropylene
  • Polyetylen
  • Polyamide (nylon)
  • Polystyrene
  • Polycarbonate
  • Polyester
  • Polyolefin khác

Hiện nay,từ đồng nghĩa của Chỉ số (dòng) chảy là Tốc độ dòng chảy và Chỉ số nóng chảy. Thường được sử dụng hơn là các chữ viết tắt của chúng: MFI, MFR và MI.

  • trước đây: (MFI = Chỉ số dòng chảy) → hiện tại: (MFR = Khối lượng nóng chảy-Tốc độ dòng chảy)
  • trước đây: (MVI = Melt Volume Index) → hiện tại: (MVR = Melt Volume-flow Rate)
  • trước đây: (MFR = Melt Flow Ratio) → hiện tại: (FRR = Flow Rate Ratio)

Công thức chỉ số dòng chảy

trước đây là MFI (hiện tại là MFR) = Khối lượng (gam) của mẫu nóng chảy trong 10 phút

Thực nghiệm liên quan tới tốc độ dòng chảy (Melt Flow Rate -MFR) là khối lượng của polyme chảy qua ống mao dẫn ở nhiệt độ và áp suất xác định trong một khoảng thời gian đo được. Và cần hiểu MFR là khối lượng polyme chảy trong quá trình thử nghiệm, được chuẩn hóa đến 10 phút.

Giá trị MFR được tính toán có liên quan đến khối lượng phân tử: MFR càng cao thì khối lượng phân tử càng thấp. MFR cũng tỷ lệ nghịch với độ nhớt: khả năng chảy của vật liệu nóng chảy khi chịu áp suất. Cuối cùng, chúng ta có thể so sánh các giá trị MFR của một vật liệu đơn lẻ ở các khối lượng trọng lượng khác nhau để đo phân bố khối lượng phân tử.

Với ý nghĩa quan trọng, MFR là một thử nghiệm đánh giá Kiểm tra Chất lượng và Kiểm soát quy trình Sản xuất phổ biến đối với hạt nhựa và các vật liệu khác trong ngành nhựa. Đây không phải là thước đo toàn diện nhất về khối lượng phân tử; “Nó là một phép xác định điểm duy nhất của sự phân bố khối lượng phân tử, vì vậy nó có thể là một giá trị sai lệch. Có thể hiểu MFR không cung cấp bất kỳ thông tin nào về sự phân bố của các trọng lượng phân tử hiện tại hoặc liệu một yếu tố khác ngoài khối lượng phân tử có ảnh hưởng đến tốc độ dòng chảy hay không.

Tuy nhiên, đây là một thử nghiệm khá nhanh và đơn giản, nó lý tưởng để so sánh nhanh chóng và hiệu quả các lô của cùng một vật liệu để đảm bảo tính nhất quán. “Nó hữu ích để xác minh xem một loại nhựa có đáp ứng thông số kỹ thuật hay không hoặc để xác định xem có sự khác biệt lớn giữa hai mẫu hay không.

Để thực hiện phép thử MFR, một phần nhỏ của vật liệu – thường ở dạng viên hoặc bột – được cho vào thùng được nung nóng, nơi nó tan chảy thành chất lỏng nhớt. Một phần của mẫu được ép đùn qua khuôn mao dẫn bằng một piston trọng lượng trong suốt một khung thời gian đã định. Thể tích (khối lượng) của mẫu thoát ra khỏi thiết bị trong khoảng thời gian đó được đo bằng thiết bị hoặc bằng tay. Kết quả thường được báo cáo dưới dạng gam trên 10 phút

(HÌNH 1, 2  Sơ đồ của thiết bị đo chỉ số dòng chảy cho thấy mặt cắt ngang của các bộ phận quan trọng)

HÌNH 1 Sơ đồ của thiết bị chỉ số dòng chảy cho thấy mặt cắt ngang của các bộ phận quan trọng.
HÌNH 1:  Sơ đồ của thiết bị đo chỉ số dòng chảy cho thấy mặt cắt ngang của các bộ phận quan trọng.

Tuy nhiên, các kết hợp nhiệt độ và trọng lượng khác nhau được khuyến nghị cho các loại polyme cụ thể hoặc trong một số trường hợp, để phân tích so sánh, theo đó người dùng sẽ chọn các điều kiện dựa trên kinh nghiệm của mình khi không có điều kiện cụ thể nào được gọi ra”.

Theo cách nào đó, nó tương tự như độ nhớt của dung dịch loãng (DSV), nhưng điều này không có nghĩa là sẽ có sự chuyển đổi cụ thể giữa hai loại này. Theo kinh nghiệm thực tế, thường cần yêu cầu một lượng mẫu lớn cho MFR (ưu tiên khoảng 50 gam, nhưng cũng có thể là với lượng ít hơn), trong khi đó độ nhớt của dung dịch loãng (DSV) sử dụng theo đơn hàng vài trăm miligam., đây là sự khác biệt lớn ”

Đối với việc tuân thủ tiêu chuẩn, thì  tiêu chuẩn trong ASTM D1238 và ISO 1133 là các tiêu chuẩn phổ biến nhất cho các thử nghiệm chỉ số chảy, vì chúng xác định cả thông số kỹ thuật của thiết bị và phương pháp thử nghiệm. Các thông số thử nghiệm luôn được báo cáo cùng với kết quả, cũng như các trọng lượng và nhiệt độ khác nhau được đề xuất cho các loại vật liệu khác nhau.

Hiện nay, xu hướng sử dụng  máy đo chỉ số MFI QC-652S Cometech cho các bài thử nghiệm kiểm tra chỉ số MFR rất phổ biến và Cometech có nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực này.

máy đo chỉ số chảy QC652S-Melt Flow Index Tester-Cometech-thietbingaynay
máy đo chỉ số chảy QC652S-Melt Flow Index Tester-Cometech-thietbingaynay

Tại Việt Nam, một số công ty và khách hàng người sử dụng nhà máy của chung tôi đã và đang sử dụng máy thử nghiệm đo chỉ số MFI QC-652S Cometech , cho các mục đích thử nghiệm việc kiểm soát hay chứng nhận nguyên liệu thô, so sánh hàng loạt và phân biệt cấp của nguyên liệu.

Có một cách hiểu đơn giản hơn về chỉ số dòng chảy – Melt Flow Index (MFI) là thước đo mức độ dễ chảy của quá trình nóng chảy của polyme nhiệt dẻo. Nó được định nghĩa là khối lượng của polyme, tính bằng gam, chảy trong mười (10) phút qua một ống mao dẫn có đường kính và chiều dài cụ thể bởi áp suất thông qua việc đặt các trọng lượng (quả cân) thay thế được theo quy định cho các nhiệt độ quy định cụ thể. Các nhà sản xuất chế biến polyme thường tương quan giá trị của MFI với loại polyme mà họ phải chọn cho các quy trình khác nhau và thường giá trị này không đi kèm với các đơn vị, bởi vì nó được coi là g / 10 phút.

Tương tự, các điều kiện thử nghiệm của phép đo MFI thường được biểu thị bằng kilôgam chứ không phải bất kỳ đơn vị nào khác. Phương pháp này được mô tả trong các tiêu chuẩn tương tự ASTM D1238  và ISO 1133.

Với thứ tự xác định MFI như sau:

  1. Một lượng nhỏ mẫu polyme (khoảng 4 đến 5 gam) được lấy để đưa vào thiết bị MFI được thiết kế đặc biệt. Một khuôn với lỗ thông thường có đường kính khoảng 2 mm được thiết kế trên thiết bị.
  2. Vật liệu được đóng nén đúng cách bên trong thùng để tránh hình thành các túi khí.
  3. Thực hiện việc đưa vào một piston đóng vai trò là môi trường tạo ra polyme nóng chảy.
  4. Mẫu được làm nóng trước trong một khoảng thời gian xác định: 5 phút ở 190 ° C đối với polyetylen và 6 phút ở 230 °C đối với polypropylen.
  5. Sau khi gia nhiệt sơ bộ, một trọng lượng (quả cân chuẩn xác định khối lượng) được đưa vào piston. Ví dụ về trọng lượng tiêu chuẩn là 2,16 kg, 5 kg, v.v.
  6. Trọng lượng tác dụng một lực lên polyme nóng chảy và nó ngay lập tức bắt đầu chảy qua khuôn.
  7. Một mẫu nóng chảy được lấy sau khoảng thời gian mong muốn và được cân chính xác
  8. MFI được biểu thị bằng gam polyme trên mỗi 10 phút của thời gian thử nghiệm.

Một cách tiếp cận điển hình trong nghiên cứu thực nghiệm, đối với các nhà sản xuất, hay bộ phận nghiên cứu R&D của nhà máy, thì Chỉ số dòng chảy MFI không chỉ đơn thuần là một thông số lưu biến để kiểm soát chất lượng. Tốc độ dòng chảy là một thước đo gián tiếp của khối lượng phân tử, với tốc độ dòng chảy cao tương ứng với khối lượng phân tử thấp. Đồng thời, tốc độ dòng chảy là thước đo khả năng chảy của vật liệu dưới áp suất. Tốc độ dòng chảy tỷ lệ nghịch với độ nhớt của chất nóng chảy ở các điều kiện của thử nghiệm, mặc dù vậy cần lưu ý rằng độ nhớt đối với bất kỳ vật liệu nào như vậy phụ thuộc vào lực tác dụng. Tỷ lệ giữa hai giá trị tốc độ dòng chảy của một vật liệu ở các trọng lượng trọng lượng khác nhau thường được sử dụng làm thước đo cho độ rộng của phân bố trọng lượng phân tử.

Tốc độ dòng chảy rất phổ biến được sử dụng cho polyolefin, polyetylen được đo ở 190°C và polypropylene ở 230°C. Kỹ sư chất dẻo nên chọn vật liệu có chỉ số nóng chảy đủ cao để polyme nóng chảy có thể dễ dàng tạo thành sản phẩm dự kiến, nhưng đủ thấp để độ bền cơ học của sản phẩm cuối cùng sẽ đủ để sử dụng.

KẾT LUẬN

Thông qua việc xem xét các tài liệu hiện có, đã chỉ ra rằng MFI không còn có thể được coi là một thông số lưu biến kiểm soát chất lượng đơn thuần.

Nó rất linh hoạt trong công dụng của nó và đã được chứng minh là tương quan rất hiệu quả với một số thông số cơ bản liên quan đến các giai đoạn khác nhau của quá trình sản xuất polyme cho đến thành phẩm cuối cùng.

Trong quá trình sản xuất polyme, chất lượng của vật liệu có thể được theo dõi bằng nhiệt độ phản ứng, nhiệt độ hoạt hóa chất xúc tác, áp suất phản ứng, v.v. Những thông số quan trọng này có mối quan hệ xác định với MFI của polyme tạo thành và do đó có thể được điều chỉnh khá dễ dàng để có được loại polyme quan tâm thông qua phép đo MFI.

Đặc điểm kỹ thuật của lớp polyme cơ bản bao gồm các đặc tính cấu trúc như khối lượng phân tử, phân bố trọng lượng phân tử, phân nhánh, nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh, độ nhớt cắt bằng không, v.v., tất cả đều được chứng minh là có liên quan hiệu quả với MFI.

(Trích dẫn tổng hợp và đánh giá của bộ phận R&D – Services Công ty TNHH Thiết bị Ngày Nay. Ghi rõ nguồn “https://thietbingaynay.com/” khi phát hành lại thông tin từ website này)


Mọi thông tin chi tiết liên quan tới máy đo chỉ số MFI QC-652S Cometech và dịch vụ của hãng, vui lòng liên hệ:

Trung tâm phân phối sản phẩm và chăm sóc khách hàng hãng Cometech tại Việt Nam

Công ty TNHH Thiết bị Ngày Nay

Hotline Service: +84(0)973-568-613

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *