روش آزمون استاندارد ASTM D1238 برای نرخ جریان مذاب ترموپلاستیک‌ها با استفاده از پلاستومتری اکستروژن

استاندارد «ASTM D1238 روش آزمون استاندارد برای نرخ جریان مذاب ترموپلاستیک‌ها توسط پلاستومتر اکستروژن» که توسط انجمن آمریکایی آزمایش و مواد (ASTM) تدوین شده است، روشی برای تعیین نرخ اکستروژن رزین‌های ترموپلاستیک مذاب با استفاده از پلاستومتر اکستروژن را شرح می‌دهد.

پس از یک دوره پیش گرمایش مشخص، رزین از طریق یک قالب با طول و قطر داخلی مشخص، تحت شرایط مشخص دما، بار و موقعیت پیستون در سیلندر، اکسترود می‌شود. چهار روش در این استاندارد شرح داده شده است. این روش‌ها نتایج قابل مقایسه‌ای را در اندازه‌گیری‌های دایره‌ای بین آزمایشگاهی مواد مختلف به همراه داشته‌اند:

• روش الف برای تعیین نرخ جریان مذاب (MFR) یک ماده ترموپلاستیک استفاده می‌شود. واحد اندازه‌گیری، گرم ماده در هر 10 دقیقه است. این روش بر اساس اندازه‌گیری جرم ماده اکسترود شده از قالب در یک دوره زمانی مشخص است. این روش معمولاً برای موادی با نرخ جریان مذاب بین 0,15 تا 50 گرم در 10 دقیقه استفاده می‌شود.
• روش B یک اندازه‌گیری زمان‌بندی‌شده خودکار است که برای تعیین نرخ جریان مذاب (MFR) و نرخ حجم مذاب (MVR) مواد ترموپلاستیک استفاده می‌شود. اندازه‌گیری‌های MFR انجام‌شده با روش B بر حسب گرم بر 10 دقیقه گزارش می‌شوند. اندازه‌گیری‌های MVR بر حسب سانتی‌متر مکعب بر ده دقیقه گزارش می‌شوند. اندازه‌گیری‌های روش B بر اساس تعیین حجم ماده اکسترود شده از قالب در یک دوره زمانی خاص است. حجم با ضرب نتیجه در چگالی مذاب ماده به اندازه‌گیری جرم تبدیل می‌شود. روش B معمولاً برای موادی با نرخ جریان مذاب از 0,50 تا 1500 گرم بر 10 دقیقه استفاده می‌شود.
• روش C یک اندازه‌گیری زمان‌بندی‌شده خودکار است که برای تعیین نرخ جریان مذاب (MFR) مواد پلی‌اولفین استفاده می‌شود. این روش معمولاً به عنوان جایگزینی برای روش B در نمونه‌هایی با نرخ جریان مذاب بیشتر از 75 گرم بر 10 دقیقه استفاده می‌شود. روش C شامل استفاده از یک قالب اصلاح‌شده است که اغلب به عنوان نیم‌قالب شناخته می‌شود و دارای نصف ارتفاع و نصف قطر داخلی قالب استاندارد مشخص‌شده برای استفاده در روش A و روش B است و در نتیجه نسبت طول به قطر یکسانی را حفظ می‌کند. روش آزمایش مشابه روش B است، اما نباید فرض شود که نتایج به‌دست‌آمده با روش C نصف نتایج به‌دست‌آمده با روش B است.
• روش D یک آزمایش چند وزنی است که اغلب به عنوان آزمایش "نسبت نرخ جریان" (FRR) شناخته می‌شود. روش D به گونه‌ای طراحی شده است که امکان تعیین MFR را بر روی بار ماده با استفاده از دو یا سه بار آزمایش مختلف (افزایش یا کاهش بار در طول آزمایش) فراهم می‌کند. FRR یک عدد بدون بعد است که با تقسیم MFR در بار آزمایش بالاتر بر MFR در بار آزمایش پایین‌تر به دست می‌آید. نتایج حاصل از آزمایش‌های چند وزنی نباید مستقیماً با نتایج روش A یا روش B مقایسه شوند.

پلیمرهایی با نرخ جریان مذاب کمتر از 0,15 یا بیشتر از 900 گرم در 10 دقیقه را می‌توان با استفاده از رویه‌های این روش آزمایش آزمایش کرد، اما داده‌های دقیقی در این زمینه ارائه نشده است. چگالی مذاب، چگالی ماده در حالت مذاب آن است. نباید آن را با مقدار چگالی استاندارد ماده اشتباه گرفت. این روش آزمایش و ISO 1133 به یک موضوع می‌پردازند اما از نظر محتوای فنی متفاوت هستند.

این روش آزمایش به ویژه برای آزمایش کنترل کیفیت روی ترموپلاستیک‌ها مفید است. داده‌های تولید شده توسط این روش آزمایش، یکنواختی سرعت جریان پلیمر را در یک بار آزمایش نشان می‌دهد. بدون همبستگی معتبر با داده‌های سایر آزمایش‌ها، نباید به عنوان شاخصی برای یکنواختی سایر خواص استفاده شود.

سرعت جریان به‌دست‌آمده با پلاستومتر اکستروژن، یک ویژگی اساسی پلیمر نیست. این یک پارامتر تجربی تعریف‌شده است که به‌شدت تحت تأثیر ساختار فیزیکی و مولکولی پلیمر و شرایط اندازه‌گیری قرار می‌گیرد. خواص رئولوژیکی مذاب‌های پلیمری به تعدادی از متغیرها بستگی دارد. مقادیر این متغیرها که در این آزمایش نشان داده می‌شوند، می‌توانند به‌طور قابل‌توجهی با مقادیر موجود در فرآیندهای بزرگ‌مقیاس متفاوت باشند و در نتیجه داده‌هایی به دست می‌آیند که به‌طور مستقیم با رفتار پردازش همبستگی ندارند.

به طور خلاصه، ASTM D1238 روش آزمایشی مورد استفاده برای تعیین نرخ جریان مذاب (MFR) یا شاخص جریان مذاب (MFI) پلیمرهای ترموپلاستیک را تشریح می‌کند. این روش آزمایش برای کنترل کیفیت و مقایسه مواد در صنعت پلاستیک بسیار مهم است. هدف اصلی این استاندارد اندازه‌گیری میزان سهولت ذوب و جریان یافتن یک پلیمر ترموپلاستیک در شرایط دما و فشار خاص است. نرخ جریان مذاب یک شاخص کلیدی از ویسکوزیته پلیمر است و مستقیماً با فرآیندپذیری آن در طول اکستروژن، قالب‌گیری تزریقی و سایر فرآیندهای تولید مرتبط است.

استاندارد ASTM D1238 برای طیف گسترده‌ای از رزین‌های ترموپلاستیک اعمال می‌شود، از جمله:

• پلی اتیلن (PE)
• پلی پروپیلن (PP)
• پلی استایرن (PS)
• پلی کربنات (PC)
• آکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS)
• سایر پلاستیک‌های رایج و خاص

این استاندارد، رویه‌هایی برای اندازه‌گیری سرعت اکستروژن رزین مذاب از طریق قالبی با ابعاد مشخص تحت شرایط بار و دمای مشخص ارائه می‌دهد. رویه‌های اصلی عبارتند از:

• روش الف: زمان‌بندی و توزین دستی را ارائه می‌دهد. ماده به مدت 10 دقیقه اکسترود می‌شود. این روش برای موادی با سرعت جریان مذاب بین 0,15 تا 50 گرم در 10 دقیقه مناسب است.
• روش ب: زمان‌بندی و برش خودکار را با استفاده از حسگر حرکت پیستون فراهم می‌کند. مناسب برای دقت و اتوماسیون بیشتر. ایده‌آل برای مواد با نرخ جریان کم یا زیاد.
• روش C: آزمایش بارگذاری چندگانه با استفاده از بارگذاری‌های متوالی. این روش که با نام نسبت حجم مذاب (MVR) نیز شناخته می‌شود، به تجزیه و تحلیل رفتار جریان تحت شرایط برشی متغیر کمک می‌کند.

پارامترهای اساسی به شرح زیر تعیین شدند:

• دمای آزمایش (مثلاً ۱۹۰ درجه برای PE، ۲۳۰ درجه برای PP)
• بار آزمایشی (معمولاً ۲.۱۶ کیلوگرم، ۵ کیلوگرم یا ۱۰ کیلوگرم بسته به نوع رزین)
• ابعاد قالب: قالب استاندارد با قطر 2,095 میلی‌متر و طول 8,000 میلی‌متر

تجهیزات مورد استفاده در آزمایش ها عبارتند از:

• پلاستومتر اکستروژن (همچنین به عنوان شاخص ذوب شناخته می‌شود)
• قالب و پیستون
• ترازو (دقت بالا)
• تایمر (دستی یا اتوماتیک)
• ابزار برش یا برش خودکار

زمینه‌های کاربرد این استاندارد عبارتند از:

• کنترل کیفیت در تولید پلیمر
• مقایسه حزب به حزب
• انتخاب مواد برای کاربردهای خاص
• بهینه‌سازی فرآیند در قالب‌گیری و اکستروژن
• صدور گواهینامه و انطباق با مشخصات

مزایای این روش آزمایش عبارتند از:

• ساده و سریع است
• مقرون به صرفه
• به حداقل آماده سازی نمونه نیاز دارد
• داده‌های ارزشمندی را برای تولیدکنندگان و طراحان فراهم می‌کند.

محدودیت‌های این روش آزمایش عبارتند از:

• برای پلاستیک‌های ترموست مناسب نیست
• نرخ لغزش واقعی ماشینکاری را نشان نمی‌دهد
• رفتار جریان در یک دما/بار واحد ممکن است تمام خواص رئولوژیکی را نشان ندهد.

در نتیجه، استاندارد ASTM D1238 یک استاندارد پایه در صنعت پلیمر است و بینش‌های مهمی در مورد خواص جریان رزین‌های ترموپلاستیک ارائه می‌دهد.

سازمان ما که سال‌هاست از طریق طیف گسترده‌ای از فعالیت‌های آزمایش، اندازه‌گیری، تجزیه و تحلیل و ارزیابی، از کسب‌وکارها در تمام بخش‌ها پشتیبانی می‌کند، دارای تیمی قوی از کارکنان است که از نزدیک پیشرفت‌های جهانی در علم و فناوری را دنبال می‌کنند و دائماً در حال بهبود خود هستند. در این زمینه، ما همچنین خدمات آزمایش را مطابق با "روش آزمایش استاندارد ASTM D1238 برای سرعت جریان مذاب ترموپلاستیک‌ها با استفاده از پلاستومتر اکستروژن" ارائه می‌دهیم.