Método de teste padrão ASTM D1238 para taxas de fluxo de fusão de termoplásticos por plastometria de extrusão

O método de teste padrão “ASTM D1238 para taxas de fluxo de fusão de termoplásticos por plastômetro de extrusão” desenvolvido pela Sociedade Americana de Testes e Materiais (ASTM) descreve um método de teste para determinar a taxa de extrusão de resinas termoplásticas fundidas usando um plastômetro de extrusão.

Após um período de pré-aquecimento especificado, a resina é extrudada através de uma matriz de comprimento e diâmetro de furo especificados, sob condições específicas de temperatura, carga e posição do pistão no cilindro. Quatro procedimentos são descritos nesta norma. Esses procedimentos produziram resultados comparáveis em medições circulares interlaboratoriais de diversos materiais:

O Procedimento A é usado para determinar a taxa de fluxo de fusão (MFR) de um material termoplástico. As unidades de medida são gramas de material por 10 minutos. Baseia-se na medição da massa de material extrudado da matriz em um período de tempo especificado. É normalmente usado para materiais com taxas de fluxo de fusão entre 0,15 e 50 g/10 minutos.
O Procedimento B é uma medição cronometrada automaticamente usada para determinar a taxa de fluxo de fusão (MFR) e a taxa de volume de fusão (MVR) de materiais termoplásticos. As medições de MFR feitas com o Procedimento B são relatadas em g/10 minutos. As medições de MVR são relatadas em centímetros cúbicos/dez minutos. As medições do Procedimento B baseiam-se na determinação do volume de material extrudado da matriz em um período de tempo específico. O volume é convertido em uma medição de massa multiplicando o resultado pela densidade de fusão do material. O Procedimento B é normalmente usado para materiais com taxas de fluxo de fusão variando de 0,50 a 1500 g/10 minutos.
O Procedimento C é uma medição cronometrada automatizada usada para determinar a taxa de fluxo de fusão (MFR) de materiais poliolefínicos. É normalmente usado como alternativa ao Procedimento B em amostras com taxas de fluxo de fusão superiores a 75 g/10 min. O Procedimento C envolve o uso de um molde modificado, frequentemente chamado de meio molde, que possui metade da altura e metade do diâmetro interno do molde padrão especificado para uso nos Procedimentos A e B, mantendo assim a mesma relação comprimento-diâmetro. O procedimento de teste é semelhante ao Procedimento B, mas não se deve presumir que os resultados obtidos com o Procedimento C sejam metade dos obtidos com o Procedimento B.
O Procedimento D é um teste de pesos múltiplos, frequentemente chamado de teste de "Taxa de Fluxo" (FRR). O Procedimento D foi desenvolvido para permitir a determinação da MFR em uma carga de material usando duas ou três cargas de teste diferentes (aumentando ou diminuindo a carga durante o teste). A FRR é um número adimensional obtido pela divisão da MFR na carga de teste mais alta pela MFR na carga de teste mais baixa. Os resultados dos testes de pesos múltiplos não devem ser comparados diretamente com os resultados do Procedimento A ou do Procedimento B.

Polímeros com taxas de fluxo de fusão inferiores a 0,15 ou superiores a 900 g/10 min podem ser testados usando os procedimentos deste método de ensaio, mas dados de precisão não foram desenvolvidos. A densidade de fusão é a densidade do material em seu estado fundido. Não deve ser confundida com o valor de densidade padrão para o material. Este método de ensaio e a ISO 1133 abordam o mesmo tópico, mas diferem no conteúdo técnico.

Este método de ensaio é particularmente útil para ensaios de controle de qualidade em termoplásticos. Os dados gerados por este método servem para indicar a uniformidade da vazão do polímero em uma única execução. Não deve ser utilizado como indicador da uniformidade de outras propriedades sem correlação válida com dados de outros ensaios.

A vazão obtida com um plastômetro de extrusão não é uma propriedade fundamental do polímero. É um parâmetro definido experimentalmente que é criticamente influenciado pela estrutura física e molecular do polímero e pelas condições de medição. As propriedades reológicas dos polímeros fundidos dependem de uma série de variáveis. Os valores dessas variáveis revelados neste teste podem diferir significativamente daqueles encontrados em processos de larga escala, resultando em dados que não se correlacionam diretamente com o comportamento do processamento.

Em resumo, a norma ASTM D1238 descreve o método de ensaio utilizado para determinar a taxa de fluidez (MFR) ou índice de fluidez (MFI) de polímeros termoplásticos. Este método de ensaio é fundamental para o controle de qualidade e a comparação de materiais na indústria de plásticos. O objetivo principal desta norma é medir a facilidade com que um polímero termoplástico funde e flui sob condições específicas de temperatura e pressão. A taxa de fluidez é um indicador-chave da viscosidade de um polímero e está diretamente relacionada à sua processabilidade durante extrusão, moldagem por injeção e outros processos de fabricação.

A norma ASTM D1238 se aplica a uma ampla gama de resinas termoplásticas, incluindo:

Polietileno (PE)
Polipropileno (PP)
Poliestireno (PS)
Policarbonato (PC)
Acrilonitrila butadieno estireno (ABS)
Outros plásticos comuns e especiais

Esta norma fornece procedimentos para medir a taxa de extrusão de resina fundida através de uma matriz de dimensões especificadas sob condições específicas de carga e temperatura. Os principais procedimentos são:

Procedimento A: Permite cronometragem e pesagem manuais. O material é extrudado por 10 minutos. É adequado para materiais com taxas de fluxo de fusão entre 0,15 e 50 g/10 min.
Procedimento B: Proporciona temporização e corte automáticos usando um sensor de movimento do pistão. Adequado para maior precisão e automação. Ideal para materiais com vazões baixas ou altas.
Procedimento C: Teste de carga múltipla usando cargas sequenciais. Também conhecido como razão de volume de fusão (MVR), ajuda a analisar o comportamento do fluxo sob condições de cisalhamento variáveis.

Os parâmetros básicos foram determinados da seguinte forma:

Temperatura de teste (por exemplo, 190 graus para PE, 230 graus para PP)
Carga de teste (normalmente 2,16 kg, 5 kg ou 10 kg, dependendo do tipo de resina)
Dimensões do molde: Molde padrão com diâmetro de 2,095 mm e comprimento de 8,000 mm

Os equipamentos utilizados nos testes incluem:

Plastômetro de extrusão (também conhecido como indexador de fusão)
Molde e pistão
Balança de pesagem (alta precisão)
Temporizador (manual ou automático)
Ferramenta de corte ou cortador automático

As áreas de aplicação desta norma são:

Controle de qualidade na produção de polímeros
Comparação partido por partido
Seleção de materiais para aplicações específicas
Otimização de processos em moldagem e extrusão
Certificação e conformidade com as especificações

As vantagens deste método de teste são:

É simples e rápido
Custo-benefício
Requer preparação mínima de amostra
Fornece dados valiosos para fabricantes e designers

As limitações deste método de teste incluem:

Não é adequado para plásticos termofixos
Não representa taxas reais de deslizamento de usinagem
O comportamento do fluxo em uma única temperatura/carga pode não capturar todas as propriedades reológicas

Como resultado, a norma ASTM D1238 é uma norma fundamental na indústria de polímeros e fornece insights essenciais sobre as propriedades de fluxo de resinas termoplásticas.

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