ISO 1133-1 Bestimmung der Schmelze-Massefließrate (MFR) und der Schmelze-Volumenfließrate (MVR) von Thermoplasten

Die von der Internationalen Organisation für Normung (ISO) entwickelte Norm „ISO 1133-1 Kunststoffe – Bestimmung der Schmelze-Massefließrate (MFR) und der Schmelze-Volumenfließrate (MVR) von Thermoplasten – Teil 1: Standardverfahren“ beschreibt zwei Verfahren zur Bestimmung der Schmelze-Massefließrate (MFR) und der Schmelze-Volumenfließrate (MVR) von thermoplastischen Materialien unter festgelegten Temperatur- und Lastbedingungen. Verfahren A ist ein Massemessverfahren. Verfahren B ist ein Wegmessverfahren.

Normalerweise werden die Prüfbedingungen zur Messung der Schmelzfließrate in der Werkstoffnorm unter Bezugnahme auf diese Norm festgelegt. Die üblicherweise für Thermoplaste verwendeten Prüfbedingungen sind im Anhang der Norm (Anhang A) aufgeführt.

Die Schmelzvolumenfließrate (MVR) ist besonders nützlich beim Vergleich von Materialien mit unterschiedlichem Füllstoffgehalt sowie von gefüllten und ungefüllten Thermoplasten. Die Schmelzmassenfließrate (MFR) kann aus Messungen der Schmelzvolumenfließrate (MVR) bestimmt werden und umgekehrt, wenn die Schmelzdichte bei der Prüftemperatur bekannt ist.

Diese Norm gilt wahrscheinlich auch für Thermoplaste, bei denen das rheologische Verhalten während der Messung durch Phänomene wie Hydrolyse (Kettenbruch), Kondensation und Vernetzung beeinflusst wird, jedoch nur, wenn der Effekt begrenzt ist und Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit in einem akzeptablen Bereich liegen.

Diese Norm ist nicht für Materialien geeignet, deren rheologisches Verhalten während der Prüfung erheblich beeinflusst wird. In solchen Fällen gilt ISO 1133-2.

Die bei diesen Verfahren verwendeten Schnittgeschwindigkeiten sind deutlich niedriger als unter normalen Verarbeitungsbedingungen. Daher korrelieren die mit diesen Verfahren für verschiedene Thermoplaste erhaltenen Daten möglicherweise nicht immer mit ihrem Verhalten während der Verarbeitung. Beide Verfahren dienen in erster Linie der Qualitätskontrolle.

Für die Zwecke dieser Norm gelten die folgenden Begriffe und Definitionen:

• Die Schmelze-Massefließrate ist die Geschwindigkeit, mit der geschmolzenes Harz unter festgelegten Temperatur-, Last- und Kolbenpositionsbedingungen durch eine Düse mit festgelegter Länge und Durchmesser im Zylinder eines Extrusionsplastometers extrudiert wird. Die Rate wird durch die in einer bestimmten Zeit extrudierte Masse bestimmt. Die Massenfließrate wird in Gramm pro 10 Minuten angegeben.
• Die Schmelzvolumenfließrate ist die Geschwindigkeit, mit der geschmolzenes Harz unter festgelegten Temperatur-, Last- und Kolbenpositionsbedingungen durch eine Düse mit festgelegter Länge und Durchmesser im Zylinder eines Extrusionsplastometers extrudiert wird. Die Rate wird durch das in einer bestimmten Zeit extrudierte Volumen bestimmt. Die Schmelzvolumenfließrate wird in Kubikzentimetern pro 10 Minuten angegeben.
• Die Belastung ist die kombinierte Kraft, die durch die Masse des Kolbens und etwaige zusätzliche Gewichte gemäß den Testbedingungen ausgeübt wird. Die Belastung wird in Kilogramm als die von ihm ausgeübte Masse ausgedrückt.
• Eine vorgeformte Pressladung ist eine Testprobe, die als Pressladung einer Polymerprobe hergestellt wird. Um ein schnelles Einführen der Probe in die Zylinderbohrung und ein hohlraumfreies Extrudat zu gewährleisten, kann es erforderlich sein, Proben, die zunächst in Pulver- oder Flockenform vorliegen, zu einer Pressladung vorzuformen.
• Der Zeit-Temperatur-Verlauf ist der Verlauf der Temperatur und Zeit, der die Probe während des Tests ausgesetzt war, einschließlich der Probenvorbereitung.
• Als Standardkokille kommt die Kokille mit einer Nennlänge von 8.000 mm und einem Nennlochdurchmesser von 2.095 mm zum Einsatz.
• Eine Halbmaßkokille ist eine Kokille mit einer Nennlänge von 4.000 mm und einem Nennlochdurchmesser von 1.050 mm.
• Feuchtigkeitsempfindliche Kunststoffe sind Kunststoffe, deren rheologische Eigenschaften empfindlich auf den Feuchtigkeitsgehalt reagieren. Sie hydrolysieren, wenn absorbiertes Wasser absorbiert und über ihre Glasübergangstemperatur (bei amorphen Kunststoffen) oder Schmelztemperatur (bei teilkristallinen Kunststoffen) erhitzt wird. Dies führt zu einer Abnahme der Molmasse und infolgedessen zu einer Abnahme der Schmelzviskosität und einer Zunahme der Schmelze-Massefließrate (MFR) und der Schmelze-Volumenfließrate (MVR).

Die Schmelzmassenfließrate (MFR) und die Schmelzvolumenfließrate (MVR) werden durch Extrudieren von geschmolzenem Material aus einem Plastometerzylinder durch eine Düse mit festgelegter Länge und Durchmesser unter vorgegebenen Temperatur- und Lastbedingungen bestimmt.

Zur Messung der MFR (Verfahren A) werden zeitlich festgelegte Extrudatsegmente gewogen und daraus die Extrusionsrate in Gramm pro 10 Minuten berechnet. Zur Messung der MVR (Verfahren B) wird die Distanz, die der Kolben in einer bestimmten Zeit zurücklegt, oder die Zeit, die der Kolben für eine bestimmte Distanz benötigt, aufgezeichnet und daraus die Extrusionsrate in Kubikzentimetern pro 10 Minuten berechnet. Ist die Schmelzdichte des Materials bei der Prüftemperatur bekannt, kann die MVR in die MFR umgerechnet werden und umgekehrt. Die Schmelzdichte wird bei Prüftemperatur und -druck benötigt. In der Praxis ist der Druck niedrig, und die bei Prüftemperatur und Umgebungsdruck ermittelten Werte sind ausreichend.

Die Norm ISO 1133-1 ist von entscheidender Bedeutung, da sie eine einheitliche und zuverlässige Methode zur Bestimmung der Schmelze-Massefließrate (MFR) und der Schmelze-Volumenfließrate (MVR) von thermoplastischen Materialien bietet. Diese Messungen sind für die Qualitätskontrolle, den Materialvergleich und das Verarbeitungsverhalten in der Kunststoffindustrie von entscheidender Bedeutung.

Dieser Standard wird aus folgenden Gründen als wichtig erachtet:

• Branchenweite Standardisierung: Ohne eine einheitliche Methode wie die Norm ISO 1133-1 erhalten verschiedene Labore oder Hersteller möglicherweise unterschiedliche Ergebnisse für dasselbe Material, was Vergleiche unzuverlässig macht.
• Beurteilung der Verarbeitbarkeit: MFR und MVR sind Indikatoren für die Viskosität und das Fließverhalten eines Polymers im geschmolzenen Zustand und helfen dabei, sein Verhalten bei Verarbeitungsverfahren wie Spritzguss oder Extrusion vorherzusagen.
• Materialspezifikation und -konsistenz: Hersteller verwenden die Schmelzmassenfließrate (MFR) und die Schmelzvolumenfließrate (MVR), um sicherzustellen, dass jede Kunststoffcharge die konsistenten Fließeigenschaften aufweist, die zur Aufrechterhaltung der Produktqualität erforderlich sind.
• Einhaltung gesetzlicher und vertraglicher Vorschriften: Viele Produktnormen und Kundenspezifikationen beziehen sich auf ISO 1133-1, um akzeptable Durchflussbereiche für Materialien zu definieren.
• Design und Simulation: Ingenieure verlassen sich auf genaue MFR/MVR-Daten, um das Fließverhalten in Werkzeugen und Formen zu modellieren, was sich auf Produktdesign und -leistung auswirkt.

Mittlerweile ist die Norm ISO 1133-1 für den alltäglichen Gebrauch in den meisten Anwendungen geeignet. Im Gegensatz dazu ist die Norm ISO 1133-2 wichtig, wenn es um Materialien geht, die sich unter Testbedingungen zersetzen, vernetzen oder anderweitig verändern können.

Unsere Organisation, die seit Jahren Unternehmen aller Branchen durch ein breites Spektrum an Prüf-, Mess-, Analyse- und Bewertungsaktivitäten unterstützt, verfügt über ein starkes Team von Mitarbeitern, die die globalen Entwicklungen in Wissenschaft und Technologie aufmerksam verfolgen und sich ständig weiterentwickeln. In diesem Zusammenhang bieten wir auch Prüfdienstleistungen gemäß ISO 1133-1 Kunststoffe – Bestimmung der Schmelze-Massefließrate (MFR) und Schmelze-Volumenfließrate (MVR) von Thermoplasten – Teil 1: Standardverfahren an.