Norma ASTM D1238 Metoda badania szybkości płynięcia tworzyw termoplastycznych metodą plastometrii wytłaczania

Norma „ASTM D1238 Standardowa metoda badania szybkości płynięcia stopionych tworzyw termoplastycznych przy użyciu plastometru ekstruzyjnego” opracowana przez Amerykańskie Towarzystwo Badań i Materiałów (ASTM) opisuje metodę badania służącą do określania szybkości wytłaczania stopionych żywic termoplastycznych przy użyciu plastometru ekstruzyjnego.

Po określonym czasie nagrzewania wstępnego żywica jest wytłaczana przez matrycę o określonej długości i średnicy otworu, w określonych warunkach temperatury, obciążenia i położenia tłoka w cylindrze. W niniejszej normie opisano cztery procedury. Procedury te dały porównywalne wyniki w międzylaboratoryjnych pomiarach kołowych różnych materiałów:

• Procedura A służy do określania wskaźnika płynięcia stopu (MFR) tworzywa termoplastycznego. Jednostką miary jest gram materiału na 10 minut. Opiera się ona na pomiarze masy materiału wytłoczonego z matrycy w określonym czasie. Jest ona zazwyczaj stosowana dla materiałów o wskaźnikach płynięcia stopu od 0,15 do 50 g/10 minut.
• Procedura B to automatyczny pomiar czasu, służący do określania wskaźnika płynięcia (MFR) i objętościowego wskaźnika płynięcia (MVR) materiałów termoplastycznych. Pomiary MFR wykonane za pomocą procedury B są podawane w g/10 minut. Pomiary MVR są podawane w centymetrach sześciennych/dziesięć minut. Pomiary za pomocą procedury B opierają się na określeniu objętości materiału wytłoczonego z matrycy w określonym czasie. Objętość jest przeliczana na pomiar masy poprzez pomnożenie wyniku przez gęstość materiału w stanie stopionym. Procedura B jest zazwyczaj stosowana w przypadku materiałów o wskaźnikach płynięcia w stanie stopionym w zakresie od 0,50 do 1500 g/10 minut.
• Procedura C to zautomatyzowany pomiar czasowy służący do określania wskaźnika płynięcia stopu (MFR) materiałów poliolefinowych. Jest ona zazwyczaj stosowana jako alternatywa dla procedury B w przypadku próbek o wskaźnikach płynięcia stopu powyżej 75 g/10 min. Procedura C obejmuje użycie zmodyfikowanej formy, często nazywanej połową formy, która ma połowę wysokości i połowę średnicy wewnętrznej formy standardowej określonej dla procedur A i B, zachowując w ten sposób ten sam stosunek długości do średnicy. Procedura testowa jest podobna do procedury B, ale nie należy zakładać, że wyniki uzyskane z zastosowaniem procedury C są o połowę niższe niż wyniki uzyskane z zastosowaniem procedury B.
• Procedura D to test wielowagowy, często nazywany testem „współczynnika szybkości przepływu” (FRR). Procedura D została zaprojektowana w celu umożliwienia określenia MFR dla obciążenia materiału przy użyciu dwóch lub trzech różnych obciążeń testowych (zwiększając lub zmniejszając obciążenie podczas testu). FRR to bezwymiarowa wartość uzyskana poprzez podzielenie MFR przy wyższym obciążeniu testowym przez MFR przy niższym obciążeniu testowym. Wyników testów wielowagowych nie należy bezpośrednio porównywać z wynikami uzyskanymi w Procedurze A lub Procedurze B.

Polimery o wskaźnikach płynięcia poniżej 0,15 lub powyżej 900 g/10 min można badać za pomocą procedur opisanych w niniejszej metodzie badawczej, ale nie opracowano precyzyjnych danych. Gęstość stopu to gęstość materiału w stanie stopionym. Nie należy jej mylić ze standardową wartością gęstości dla danego materiału. Niniejsza metoda badawcza i norma ISO 1133 dotyczą tego samego tematu, ale różnią się pod względem treści technicznej.

Ta metoda badawcza jest szczególnie przydatna do badań kontroli jakości tworzyw termoplastycznych. Dane generowane tą metodą służą do określenia jednorodności szybkości przepływu polimeru w pojedynczym cyklu. Nie należy ich stosować jako wskaźnika jednorodności innych właściwości bez prawidłowej korelacji z danymi z innych badań.

Szybkość przepływu uzyskana za pomocą plastometru wytłaczarskiego nie jest podstawową właściwością polimeru. Jest to parametr zdefiniowany eksperymentalnie, na który w istotnym stopniu wpływa struktura fizyczna i molekularna polimeru oraz warunki pomiaru. Właściwości reologiczne stopionych polimerów zależą od wielu zmiennych. Wartości tych zmiennych uzyskane w tym teście mogą znacznie różnić się od wartości uzyskanych w procesach na dużą skalę, co skutkuje danymi, które nie korelują bezpośrednio z przebiegiem procesu.

W skrócie, norma ASTM D1238 określa metodę badawczą stosowaną do określania wskaźnika płynięcia (MFR) lub wskaźnika płynięcia (MFI) polimerów termoplastycznych. Ta metoda badawcza ma kluczowe znaczenie dla kontroli jakości i porównywania materiałów w przemyśle tworzyw sztucznych. Głównym celem tej normy jest pomiar łatwości topienia i płynięcia polimeru termoplastycznego w określonych warunkach temperatury i ciśnienia. Wskaźnik płynięcia jest kluczowym wskaźnikiem lepkości polimeru i jest bezpośrednio związany z jego przetwarzalnością podczas wytłaczania, formowania wtryskowego i innych procesów produkcyjnych.

Norma ASTM D1238 ma zastosowanie do szerokiej gamy żywic termoplastycznych, w tym:

• Polietylen (PE)
• Polipropylen (PP)
• Polistyren (PS)
• Poliwęglan (PC)
• Akrylonitryl-butadien-styren (ABS)
• Inne popularne i specjalistyczne tworzywa sztuczne

Niniejsza norma określa procedury pomiaru szybkości wytłaczania stopionej żywicy przez matrycę o określonych wymiarach, w określonych warunkach obciążenia i temperatury. Główne procedury to:

• Procedura A: Zapewnia ręczne odmierzanie czasu i ważenie. Materiał jest wytłaczany przez 10 minut. Jest odpowiednia dla materiałów o wskaźniku płynięcia w stanie stopionym od 0,15 do 50 g/10 min.
• Procedura B: Zapewnia automatyczne synchronizowanie i cięcie za pomocą czujnika ruchu tłoka. Nadaje się do zapewnienia większej precyzji i automatyzacji. Idealna do materiałów o niskim lub wysokim natężeniu przepływu.
• Procedura C: Badanie z wieloma obciążeniami z wykorzystaniem obciążeń sekwencyjnych. Znany również jako stosunek objętości stopu (MVR), pomaga analizować zachowanie przepływu w zmiennych warunkach ścinania.

Podstawowe parametry określono następująco:

• Temperatura testu (np. 190 stopni dla PE, 230 stopni dla PP)
• Obciążenie testowe (zwykle 2,16 kg, 5 kg lub 10 kg w zależności od rodzaju żywicy)
• Wymiary formy: Forma standardowa o średnicy 2,095 mm i długości 8,000 mm

Sprzęt używany w testach obejmuje:

• Plastometr wytłaczania (znany również jako indeksator stopu)
• Forma i tłok
• Waga (wysoka precyzja)
• Timer (ręczny lub automatyczny)
• Narzędzie tnące lub automatyczny przecinak

Obszary zastosowania tej normy to:

• Kontrola jakości w produkcji polimerów
• Porównanie partii po partii
• Dobór materiałów do konkretnych zastosowań
• Optymalizacja procesów formowania i wytłaczania
• Certyfikacja i zgodność ze specyfikacjami

Zalety tej metody testowania są następujące:

• To proste i szybkie
• Opłacalne
• Wymaga minimalnego przygotowania próbki
• Zapewnia cenne dane dla producentów i projektantów

Ograniczenia tej metody testowania obejmują:

• Nie nadaje się do tworzyw termoutwardzalnych
• Nie odzwierciedla rzeczywistych wskaźników poślizgu podczas obróbki
• Zachowanie przepływu przy pojedynczej temperaturze/obciążeniu może nie odzwierciedlać wszystkich właściwości reologicznych

W rezultacie norma ASTM D1238 stanowi podstawową normę w branży polimerów i pozwala uzyskać istotne informacje na temat właściwości przepływu żywic termoplastycznych.

Nasza organizacja, która od lat wspiera firmy z wszystkich sektorów, oferując szeroki zakres usług testowania, pomiarów, analiz i ewaluacji, może pochwalić się silnym zespołem pracowników, którzy uważnie śledzą światowe osiągnięcia nauki i technologii oraz stale się rozwijają. W tym kontekście świadczymy również usługi testowe zgodnie z normą „ASTM D1238 Standardowa metoda badania wskaźników płynięcia tworzyw termoplastycznych przy użyciu plastometru do wytłaczania”.