میزان عددی شاخص جریان مذاب چه ویژگی­­های فنی را نشان می­ دهد؟

میزان عددی شاخص جریان مذاب چه ویژگی­­های فنی را نشان می­ دهد؟

میزان عددی، شاخص جریان مذاب (MFI) عبارتست از وزن جریان مذاب خارج شده از یک دای استاندارد در مدت زمان ده دقیقه تحت شرایط استاندارد (دما و وزنه معیّن).

مقدار عددی شاخص جریان مذاب در گستره­ی (۰٫۰۱ – ۱۰۰ gr/10 min.) قابل محاسبه است ولی آنچه که بیشتر متداول و معمول است محدوده­ ی  (۰٫۲ – ۵۰ gr/10 min.) می­باشد.

میزان عددی شاخص جریان مذاب، با جرم ملکولی پلیمر تحت آزمایش نسبت معکوس دارد.

 هرقدر جرم ملکولی یک پلاستیک کمتر باشد عدد شاخص جریان مذاب آن بیشتر است به عبارت دیگر به علت کوتاه بودن نسبی طول زنجیرها، در نتیجه گره خوردگی کمتر بین آن­ها و جاذبه فیزیکی کمتر بین ملکول­ها، این گونه مواد دارای گران­روی مذاب کمتری بوده و با سرعت بیشتری جاری می­شوند و در زمان استاندارد ده دقیقه، مقدار بیشتری پلیمر مذاب از اُریفیس دای خارج شده و به تبع وزن ماده خروجی بیشتر است.

هر قدر عدد MFI بیشتر باشد، جریان­یابی پلیمر مذاب در داخل قالب یا ماشین شکل­دهی با سهولت و با سرعت­ بیشتر صورت  می­گیرد.

معمولاً گونه­ هایی از پلاستیک که برای استفاده در فرآیندهای تزریقی مناسب هستند، شاخص جریان مذاب بالایی دارند.

سهولت و سرعت جریان­ یابی مذاب پلاستیک در برخی از فرآیندها، پدیده­ ی مطلوبی نیست و موجب تغییر شکل و به ­هم خوردن ابعاد قطعه در حال شکل­ دهی، قبل از جامد شدن آن می ­شود.

 هرقدر جرم ملکولی یک پلاستیک بیشتر باشد، عدد شاخص جریان مذاب (MFI) آن کمتر است.

پلاستیک­هایی با MFI خیلی کم معمولاً در فرآیندهایی مورد استفاده قرار می­گیرند، که جریان کند مذاب باعث بهم خوردن ابعاد قطعه­ ی شکل داده شده نمی­شود، و فرآیند تولید آن­ها را مختل نمی­کند، (مانند تولید لوله).

در فرآیندهای قالب­گیری دمشی (بادی)، یا شکل­دهی اکستروژن،  پس از عبور پلیمر مذاب از دای اکسترودر، فقط شاخص جریان مذاب کم، یا جرم ملکولی­ های بالا که گرانروی بیشتری دارند، می­توانند شرایط شکل­ دهی این گونه فرآیندها را تحمل کنند.

اگر به اشتباه پلاستیک­هایی با MFI خیلی زیاد در فرآیند اکستروژن مورد استفاده قرار گیرند، ممکن است پلیمر مذاب  به حالت شُرّه از دهانه­ ی کلّگی دستگاه خارج ­شود.

جدول(۱) نشان می­دهد که استاندارد  ASTM D 1238شاخص جریان مذاب را در پنج طبقه دسته ­بندی می­کند، و آن را مبنای مطالعه و کاربرد مواد و شیوه شکل ­دهی آن­ها قرار می ­دهد، که مصداق آن را در اغلب جداول و کتاب­ها، بخصوص در ارتباط با مقایسه و بیان خواصّ انواع پلی ­اتیلن­ ها، می­ توان مشاهده کرد.

اثر میزان عددی شاخص جریان مذاب بر روی خواصّ مکانیکی محصول

در جدول (۲) مقایسه­ ای بین ضریب جریان مذاب پنج نوع پلی­ اتیلن سبک که دارای دانسیته یکسان ولی جرم ملکولی مختلفی دارند و به تبع خواصّ مکانیکی متفاوتی را به ­وجود می ­آورند نشان داده شده است.

جدول (۲) مقایسه­ ی اثر شاخص جریان مذاب پنج نوع پلی ­اتیلن سبک بر روی خواصّ مکانیکی آن­ها

چگونگی انجام آزمایش

ابتدا حدود شش گرم گرانول را داخل کوره­ ی لوله­ ای عمود بر زمین دستگاه که محیط آن را المان­ های حرارتی احاطه کرده است می ریزند، پیستون روی گرانول­ ها قرار داده می­شود، سپس دمای استاندارد، متناسب با ماهیّت پلیمر، به     نرم­افزار دستگاه باید معرفی شود.

این درجه حرات معیّن را استاندارد(ASTM D 1238-04) برای پلی­ اتیلن ۱۹۰ °C، پلی ­استایرن۲۰۰ °C و پلی ­پروپیلن ۲۳۰ °C مشخّص نموده است، جدول (۳)، تا در مدت زمان حدود بیست­ دقیقه کل مجموعه به ­تعادل حرارتی برسد و گرانول­ ها کاملاً ذوب شوند.

در لحظه شروع آزمایش وزنه­ ی معیّنی که استاندارد (ASTM D 1238-04) میزان آن را برای پلی ­اتیلن۲۱۶۰ gr  ، پلی­پروپیلن ۲۱۶۰ gr و پلی­استایرن ۵۰۰۰ gr مشخّص نموده است، را بر روی انتهای بالایی پیستون قرار می­ دهند، تا اکسترود مواد مذاب از داخل یک دای استاندارد (با مشخصات آلیاژ تنگستن که در مقابل حرارت تغییر ابعاد نمی­دهد، به ضخامت ۸٫۰۰۰ mm و قطر سوراخ وسط آن ۲٫۰۹۵ mm) با سرعت برشی کم انجام ­شود.

از لحظه­ ای که وزنه روی بخش فوقانی پیستون قرار می­ گیرد و عمل اکسترود پلیمر مذاب شروع می­ شود میزان خروج پلاستیک مذاب در ده دقیقه، عدد شاخص جریان مذاب آن نمونه را تعیین می­ کند.

بعضی از دستگاه ­ها مجهز به سیستم برش هستند، به این صورت که در زمان معرّفی شده به نرم­ افزار دستگاه، نمونه اکسترود شده بریده شده، و زمینه برای برش نمونه بعدی آماده می ­شود.

در پایان آزمایش معمولاً نمونه اول و آخر را حذف، و میانگین وزنی اعداد به­دست آمده را تعیین می­کنند، و آن را با مقیاس استاندارد gr/10 min هماهنگ می­ نمایند.  

این آزمایش در حقیقت معیاری را برای استنباط از قابلیت جریان­ یابی پلیمر تحت آزمون نشان می­ دهد، و ویسکوزیته مذاب، تا حد زیادی تابعی از جرم ملکولی پلیمر در دست آزمایش می­ باشد.

پرسش: هنگامی که شاخص جریان ذوب عدد بالایی باشد، قبل از ده دقیقه که زمان استاندارد انجام آزمایش است، مخزن نگهدارنده مواد مذاب تخلیه خواهد ­شد، در چنین مواردی چه باید کرد تا نتایج صحیح به­دست آید؟

جواب: باید زمان نمونه­برداری را کاهش ­داد، به این معنی که به صورت تقریبی در هر دقیقه، یک نمونه­گیری می­بایست انجام گیرد، و سعی شود که بین پنج تا شش نمونه، تا تخلیه مخزن به­دست آید، چون این سری نمونه­ها در یک دقیقه تهیه شده­اند، طبیعی است که وزن آن­ها باید در عدد ده ضرب شود تا وزن مقدار پلاستیک اکسترود شده در ده دقیقه محاسبه گردد.

ملاحظات و برداشت­ های علمی و تجربی از اعداد شاخص مذاب جریان

معمولاً گونه­ هایی از پلاستیک که برای استفاده در فرآیندهای تزریقی مناسب هستند، ضریب شاخص مذاب بالایی دارند.

پلاستیک­ هایی که برای فرآیند ترموفرمینگ به­کار می­روند دارای ضریب شاخص مذاب نزدیک به تزریقی هستند.

گونه­ هایی از پلاستیک که برای استفاده در فرآیند قالبگیری چرخشی مورد استفاده قرار می­گیرند اغلب دارای شاخص جریان مذاب تقریبی (۴-۶)  می­باشند.

گونه ­هایی از پلاستیک­ها که در فرآیند قالبگیری دمشی (بادی) مصرف می­شوند اغلب دارای شاخص جریان مذاب تقریبی (۲)  می­باشند.

گونه­ هایی از پلاستیک که برای استفاده در فرآیندهای اکستروژن مناسب هستند، ضریب شاخص مذاب بسیار کمی دارند.

اکستروژن گسترده­ ترین شیوه شکل ­دهی پلاستیک­هاست که در صنعت ممکن است به صورت اکسترود لوله، فیلم، پروفایل، پوشش سیم و غیره مشاهده شود.

گریدهای اغلب پلاستیک­ های گرمانرم پلاستیک­های صنعتی برای فرآیند شکل ­دهی در گستره وسیعی از شاخص جریان مذاب ساخته می ­شوند، بر روی دو کیسه پلی­ پروپیلن تزریقی، ساخت یک شرکت بسیار معتبر اروپایی، بر روی یکی          MFR=7 gr/10 min و دیگری MFR=35 gr/10 min نوشته شده است، لطفاً به سوال­های زیر جواب دهید:

۱ - با وجودی که هر دو کیسه برای فرآیند تزریق ساخته شده ­اند، کیفیّت محصول کدام کیسه از نظر خواصّ مکانیکی محصول نهایی بهتر است؟

۲ - گرانول­ های کدام کیسه با سرعت بیشتری تزریق می­ شوند، به عبارت دیگر راندمان تولید و سودآوری کدام بیشتر است؟

۳ - به نظر شما کدام یک برای ساخت قطعات جداره ­نازک توصیه می­ گردد؟

۴ - آیا پیش­ بینی می ­کنید بعضی از ماشین­ های تزریق ممکن است در تزریق نمونه دارای گرانروی بالاتر با مشکل روبرو شوند و گریپاژ کنند؟

با توجه به شکل، ابعاد، ظاهر قطعه، وزن، اثر خط قالب، قیمت و غیره، در بسیاری از موارد می­توان به­ شیوه­ ی شکل­ دهی آن دست یافت که همین موضوع می­ تواند در تعیین و انتخاب نوع و گونه­ ی پلاستیک مورد نظر کمک شایانی نماید.

منبع : کنترل کیفیّت پلاستیک­های گرمانرم