Méthode d'essai standard ASTM D1238 pour les indices de fluidité à chaud des thermoplastiques par plastométrie d'extrusion

La norme « ASTM D1238 Standard Test Method for Melt Flow Rates of Thermoplastics by Extrusion Plastometer » développée par l'American Society for Testing and Materials (ASTM) décrit une méthode d'essai permettant de déterminer le taux d'extrusion des résines thermoplastiques fondues à l'aide d'un plastomètre d'extrusion.

Après une période de préchauffage spécifiée, la résine est extrudée à travers une filière de longueur et de diamètre d'alésage spécifiés, dans des conditions de température, de charge et de position du piston dans le cylindre spécifiées. Quatre procédures sont décrites dans cette norme. Ces procédures ont donné des résultats comparables lors de mesures circulaires interlaboratoires de divers matériaux :

La procédure A permet de déterminer l'indice de fluidité à chaud (IMF) d'un matériau thermoplastique. L'unité de mesure est le gramme de matériau par 10 minutes. Elle repose sur la mesure de la masse de matériau extrudé de la filière pendant une durée donnée. Elle est généralement utilisée pour les matériaux dont l'indice de fluidité à chaud est compris entre 0,15 et 50 g/10 minutes.
La procédure B est une mesure chronométrée automatiquement utilisée pour déterminer l'indice de fluidité à chaud (MFR) et l'indice de fluidité volumique (MVR) des matériaux thermoplastiques. Les mesures d'indice de fluidité à chaud effectuées avec la procédure B sont exprimées en g/10 minutes. Les mesures de MVR sont exprimées en centimètres cubes/10 minutes. Les mesures de la procédure B reposent sur la détermination du volume de matériau extrudé de la filière pendant une période donnée. Ce volume est converti en masse en multipliant le résultat par la masse volumique du matériau. La procédure B est généralement utilisée pour les matériaux dont l'indice de fluidité à chaud est compris entre 0,50 et 1 500 g/10 minutes.
La procédure C est une mesure automatisée chronométrée utilisée pour déterminer l'indice de fluidité à chaud (MFR) des polyoléfines. Elle est généralement utilisée en alternative à la procédure B pour les échantillons dont l'indice de fluidité à chaud est supérieur à 75 g/10 min. La procédure C implique l'utilisation d'un moule modifié, souvent appelé demi-moule, dont la hauteur et le diamètre intérieur sont deux fois inférieurs à ceux du moule standard utilisé dans les procédures A et B, conservant ainsi le même rapport longueur/diamètre. La procédure d'essai est similaire à la procédure B, mais il ne faut pas supposer que les résultats obtenus avec la procédure C sont deux fois inférieurs à ceux obtenus avec la procédure B.
La procédure D est un essai à poids multiples, souvent appelé essai de « rapport de débit » (RDB). Elle permet de déterminer le MFR d'une charge de matériau en utilisant deux ou trois charges d'essai différentes (en augmentant ou en diminuant la charge pendant l'essai). Le RDB est un nombre sans dimension obtenu en divisant le MFR à la charge d'essai la plus élevée par le MFR à la charge d'essai la plus faible. Les résultats des essais à poids multiples ne doivent pas être comparés directement à ceux des procédures A ou B.

Les polymères dont l'indice de fluidité à chaud est inférieur à 0,15 ou supérieur à 900 g/10 min peuvent être testés selon les procédures de cette méthode d'essai, mais aucune donnée de précision n'a été fournie. La masse volumique à l'état fondu est la masse volumique du matériau à l'état fondu. Elle ne doit pas être confondue avec la valeur de masse volumique standard du matériau. Cette méthode d'essai et la norme ISO 1133 traitent du même sujet, mais diffèrent sur le plan technique.

Cette méthode d'essai est particulièrement utile pour les essais de contrôle qualité des thermoplastiques. Les données générées par cette méthode permettent d'indiquer l'uniformité du débit du polymère lors d'un essai. Elle ne doit pas être utilisée comme indicateur de l'uniformité d'autres propriétés sans corrélation valide avec les données d'autres essais.

Le débit obtenu avec un plastomètre d'extrusion n'est pas une propriété fondamentale du polymère. Il s'agit d'un paramètre défini expérimentalement, fortement influencé par la structure physique et moléculaire du polymère et les conditions de mesure. Les propriétés rhéologiques des polymères fondus dépendent de plusieurs variables. Les valeurs de ces variables révélées lors de cet essai peuvent différer significativement de celles des procédés à grande échelle, ce qui produit des données sans corrélation directe avec le comportement du procédé.

En résumé, la norme ASTM D1238 décrit la méthode d'essai utilisée pour déterminer l'indice de fluidité à chaud (MFR) ou l'indice de fluidité à chaud (MFI) des polymères thermoplastiques. Cette méthode d'essai est essentielle au contrôle qualité et à la comparaison des matériaux dans l'industrie des plastiques. Son objectif principal est de mesurer la facilité avec laquelle un polymère thermoplastique fond et s'écoule dans des conditions de température et de pression spécifiques. L'indice de fluidité à chaud est un indicateur clé de la viscosité d'un polymère et est directement lié à son aptitude à la transformation lors de l'extrusion, du moulage par injection et d'autres procédés de fabrication.

La norme ASTM D1238 s'applique à une large gamme de résines thermoplastiques, notamment :

Polyéthylène (PE)
Polypropylène (PP)
Polystyrène (PS)
Polycarbonate (PC)
Acrylonitrile butadiène styrène (ABS)
Autres plastiques courants et spéciaux

Cette norme décrit les procédures de mesure du taux d'extrusion de résine fondue à travers une filière de dimensions spécifiées, dans des conditions de charge et de température spécifiques. Les principales procédures sont :

Procédure A : Chronométrage et pesée manuels. Le matériau est extrudé pendant 10 minutes. Cette procédure est adaptée aux matériaux dont l'indice de fluidité à chaud est compris entre 0,15 et 50 g/10 min.
Procédure B : Synchronisation et découpe automatiques grâce à un capteur de mouvement du piston. Permet une précision et une automatisation accrues. Idéal pour les matériaux à faible ou fort débit.
Procédure C : Essais de charges multiples utilisant des charges séquentielles. Également appelé rapport volumique de fusion (RVF), il permet d'analyser le comportement de l'écoulement dans des conditions de cisaillement variables.

Les paramètres de base ont été déterminés comme suit :

Température d'essai (par exemple 190 degrés pour le PE, 230 degrés pour le PP)
Charge d'essai (généralement 2,16 kg, 5 kg ou 10 kg selon le type de résine)
Dimensions du moule : Moule standard d'un diamètre de 2 095 mm et d'une longueur de 8 000 mm

L'équipement utilisé lors des tests comprend :

Plastomère d'extrusion (également appelé indexeur de fusion)
Moule et piston
Balance de pesée (haute précision)
Minuterie (manuelle ou automatique)
Outil de coupe ou coupeur automatique

Les domaines d'application de cette norme sont :

Contrôle de qualité dans la production de polymères
Comparaison parti par parti
Sélection de matériaux pour des applications spécifiques
Optimisation des procédés de moulage et d'extrusion
Certification et conformité aux spécifications

Les avantages de cette méthode de test sont les suivants :

C'est simple et rapide
Rentable
Nécessite une préparation minimale des échantillons
Fournit des données précieuses aux fabricants et aux concepteurs

Les limites de cette méthode de test incluent :

Ne convient pas aux plastiques thermodurcissables
Ne représente pas les taux de glissement d'usinage réels
Le comportement d'écoulement à une température/charge unique peut ne pas capturer toutes les propriétés rhéologiques

En conséquence, la norme ASTM D1238 est une norme fondamentale dans l’industrie des polymères et fournit des informations essentielles sur les propriétés d’écoulement des résines thermoplastiques.

Notre organisation, qui accompagne depuis des années des entreprises de tous secteurs grâce à un large éventail d'activités de tests, de mesures, d'analyses et d'évaluations, s'appuie sur une équipe performante qui suit de près les avancées scientifiques et technologiques mondiales et s'améliore constamment. Dans ce contexte, nous proposons également des services de tests conformes à la norme ASTM D1238 « Méthode d'essai standard pour la mesure de l'indice de fluidité des thermoplastiques à l'aide d'un plastomètre d'extrusion ».