طريقة الاختبار القياسية ASTM D1238 لمعدلات تدفق الذوبان للمواد البلاستيكية الحرارية عن طريق قياس البثق البلاستيكي

يصف المعيار "طريقة الاختبار القياسية ASTM D1238 لمعدلات تدفق الذوبان للمواد البلاستيكية الحرارية باستخدام مقياس البثق البلاستيكي" الذي طورته الجمعية الأمريكية للاختبار والمواد (ASTM) طريقة اختبار لتحديد معدل البثق للراتنجات البلاستيكية الحرارية المنصهرة باستخدام مقياس البثق البلاستيكي.

بعد فترة تسخين مسبق محددة، يُضغط الراتنج عبر قالب بطول وقطر تجويف محددين، في ظل ظروف محددة من درجة الحرارة والحمل وموضع المكبس في البرميل. يصف هذا المعيار أربع عمليات. وقد أسفرت هذه العمليات عن نتائج مماثلة في القياسات الدائرية بين المختبرات لمواد مختلفة:

• يُستخدم الإجراء (أ) لتحديد معدل تدفق الانصهار (MFR) لمادة بلاستيكية حرارية. وحدات القياس هي غرامات المادة لكل 10 دقائق. يعتمد هذا الإجراء على قياس كتلة المادة المبثوقة من القالب خلال فترة زمنية محددة. ويُستخدم عادةً للمواد التي يتراوح معدل تدفق الانصهار فيها بين 0,15 و50 غ/10 دقائق.
• الإجراء ب هو قياس مُوقَّت آليًا يُستخدم لتحديد معدل تدفق الذوبان (MFR) ومعدل حجم الذوبان (MVR) للمواد البلاستيكية الحرارية. تُقدَّم قياسات معدل تدفق الذوبان (MFR) المُجراة باستخدام الإجراء ب بالغرام/١٠ دقائق، بينما تُقدَّم قياسات معدل حجم الذوبان (MVR) بالسنتيمتر المكعب/عشر دقائق. تعتمد قياسات الإجراء ب على تحديد حجم المادة المبثوقة من القالب خلال فترة زمنية محددة. يُحوَّل الحجم إلى قياس كتلة بضرب النتيجة في كثافة المادة المنصهرة. يُستخدم الإجراء ب عادةً للمواد التي تتراوح معدلات تدفق الذوبان فيها بين ٠.٥٠ و١٥٠٠ غرام/١٠ دقائق.
• الإجراء ج هو قياس مؤقّت آلي يُستخدم لتحديد معدل تدفق الذوبان (MFR) لمواد البولي أوليفين. ويُستخدم عادةً كبديل للإجراء ب على العينات ذات معدلات تدفق الذوبان التي تزيد عن 75 غ/10 دقائق. يتضمن الإجراء ج استخدام قالب مُعدّل، يُشار إليه غالبًا باسم نصف القالب، بنصف ارتفاع ونصف قطره الداخلي للقالب القياسي المُحدد للاستخدام في الإجراءين أ و ب، مما يُحافظ على نفس نسبة الطول إلى القطر. يشبه إجراء الاختبار الإجراء ب، ولكن لا ينبغي افتراض أن النتائج المُحصل عليها باستخدام الإجراء ج تساوي نصف نتائج الإجراء ب.
• الإجراء د هو اختبار متعدد الأوزان، ويُشار إليه غالبًا باسم اختبار "نسبة معدل التدفق" (FRR). صُمم الإجراء د للسماح بتحديد نسبة معدل التدفق (MFR) لحمل مادة باستخدام حمولتين أو ثلاث حمولات اختبار مختلفة (زيادةً أو نقصانًا في الحمل أثناء الاختبار). نسبة معدل التدفق (FRR) هي رقم بلا أبعاد يُحصل عليه بقسمة نسبة معدل التدفق (MFR) عند حمل الاختبار الأعلى على نسبة معدل التدفق (MFR) عند حمل الاختبار الأدنى. لا ينبغي مقارنة نتائج اختبارات الأوزان المتعددة مباشرةً بنتائج الإجراء أ أو الإجراء ب.

يمكن اختبار البوليمرات ذات معدلات تدفق الانصهار الأقل من 0,15 أو الأكبر من 900 غ/10 دقائق باستخدام الإجراءات الواردة في طريقة الاختبار هذه، ولكن لم يتم تطوير بيانات دقيقة. كثافة الانصهار هي كثافة المادة في حالتها المنصهرة. لا ينبغي الخلط بينها وبين قيمة الكثافة القياسية للمادة. تتناول طريقة الاختبار هذه والمعيار ISO 1133 الموضوع نفسه، ولكنهما يختلفان في المحتوى التقني.

تُعد طريقة الاختبار هذه مفيدةً بشكل خاص لاختبارات مراقبة جودة اللدائن الحرارية. تُشير البيانات الناتجة عن هذه الطريقة إلى اتساق معدل تدفق البوليمر عند إجراء عملية اختبار واحدة. لا ينبغي استخدامها كمؤشر على اتساق خصائص أخرى دون وجود ارتباط صحيح مع بيانات اختبارات أخرى.

معدل التدفق المُحصّل باستخدام مقياس كثافة البثق ليس خاصية أساسية للبوليمر، بل هو مُعامل مُحدد تجريبيًا، ويتأثر بشكل كبير بالبنية الفيزيائية والجزيئية للبوليمر وظروف القياس. تعتمد الخواص الريولوجية لمصهور البوليمر على عدد من المتغيرات. قد تختلف قيم هذه المتغيرات المُكتشفة في هذا الاختبار اختلافًا كبيرًا عن تلك المُكتشفة في العمليات واسعة النطاق، مما ينتج عنه بيانات لا ترتبط ارتباطًا مباشرًا بسلوك المعالجة.

باختصار، يحدد معيار ASTM D1238 طريقة الاختبار المستخدمة لتحديد معدل تدفق الذوبان (MFR) أو مؤشر تدفق الذوبان (MFI) للبوليمرات البلاستيكية الحرارية. تُعد هذه الطريقة بالغة الأهمية لمراقبة الجودة ومقارنة المواد في صناعة البلاستيك. الهدف الرئيسي من هذه المواصفة هو قياس مدى سهولة ذوبان وتدفق البوليمر البلاستيكي الحراري في ظل ظروف درجة حرارة وضغط محددة. يُعد معدل تدفق الذوبان مؤشرًا رئيسيًا على لزوجة البوليمر، ويرتبط ارتباطًا مباشرًا بقابليته للمعالجة أثناء عمليات البثق والقولبة بالحقن وغيرها من عمليات التصنيع.

ينطبق معيار ASTM D1238 على مجموعة واسعة من الراتنجات البلاستيكية الحرارية، بما في ذلك:

• البولي ايثيلين (PE)
• البولي بروبلين (ب)
• البوليسترين (PS)
• البولي كربونات (PC)
• أكريلونيتريل بوتادين ستايرين (ABS)
• أنواع أخرى من البلاستيك الشائعة والمتخصصة

تُحدد هذه المواصفة إجراءات قياس معدل بثق الراتنج المصهور عبر قالب ذي أبعاد محددة، في ظل ظروف تحميل ودرجة حرارة محددة. الإجراءات الرئيسية هي:

• الإجراء أ: يوفر توقيتًا ووزنًا يدويًا. تُطرد المادة لمدة ١٠ دقائق. هذا الإجراء مناسب للمواد ذات معدلات تدفق منصهر تتراوح بين ٠.١٥ و٥٠ غ/١٠ دقائق.
• الإجراء ب: يوفر توقيتًا وقطعًا آليًا باستخدام مستشعر حركة المكبس. مناسب لمزيد من الدقة والأتمتة. مثالي للمواد ذات معدلات التدفق المنخفضة أو العالية.
• الإجراء ج: اختبار الأحمال المتعددة باستخدام أحمال متسلسلة. يُعرف أيضًا باسم نسبة حجم الذوبان (MVR)، ويساعد في تحليل سلوك التدفق في ظل ظروف قصّ متفاوتة.

وقد تم تحديد المعلمات الأساسية على النحو التالي:

• درجة حرارة الاختبار (على سبيل المثال 190 درجة لـ PE، و230 درجة لـ PP)
• حمل الاختبار (عادةً 2,16 كجم أو 5 كجم أو 10 كجم حسب نوع الراتينج)
• أبعاد القالب: قالب قياسي بقطر 2,095 ملم وطول 8,000 ملم

تشمل المعدات المستخدمة في الاختبارات ما يلي:

• مقياس البثق البلاستيكي (المعروف أيضًا باسم مؤشر الذوبان)
• القالب والمكبس
• ميزان الوزن (دقة عالية)
• المؤقت (يدوي أو أوتوماتيكي)
• أداة القطع أو القاطع الأوتوماتيكي

مجالات تطبيق هذا المعيار هي:

• مراقبة الجودة في إنتاج البوليمر
• مقارنة بين الأحزاب
• اختيار المواد لتطبيقات محددة
• تحسين العمليات في القوالب والبثق
• الشهادة والامتثال للمواصفات

ومن مزايا هذه الطريقة الاختبارية:

• إنه بسيط وسريع
• فعالة من حيث التكلفة
• يتطلب الحد الأدنى من إعداد العينة
• يوفر بيانات قيمة للمصنعين والمصممين

تتضمن حدود طريقة الاختبار هذه ما يلي:

• غير مناسب للبلاستيك الصلب بالحرارة
• لا يمثل معدلات الانزلاق الفعلية للتصنيع
• قد لا يلتقط سلوك التدفق عند درجة حرارة/حمل واحد الخصائص الرومولوجية الكاملة

ونتيجة لذلك، فإن معيار ASTM D1238 هو معيار أساسي في صناعة البوليمر ويوفر رؤى مهمة حول خصائص تدفق الراتنجات البلاستيكية الحرارية.

مؤسستنا، التي تدعم الشركات في جميع القطاعات منذ سنوات من خلال مجموعة واسعة من أنشطة الاختبار والقياس والتحليل والتقييم، تفخر بفريق عمل قوي يتابع عن كثب التطورات العالمية في العلوم والتكنولوجيا، ويعملون على تطوير أنفسهم باستمرار. وفي هذا السياق، نقدم أيضًا خدمات الاختبار وفقًا لـ "طريقة الاختبار القياسية ASTM D1238 لمعدلات تدفق الذوبان للبلاستيك الحراري باستخدام مقياس البثق البلاستيكي".