Tiêu chuẩn ASTM D1238 về phương pháp thử nghiệm tốc độ chảy của nhựa nhiệt dẻo bằng phương pháp đùn dẻo

Tiêu chuẩn “Phương pháp thử tiêu chuẩn ASTM D1238 về tốc độ chảy của nhựa nhiệt dẻo bằng máy đo độ dẻo đùn” do Hiệp hội Thử nghiệm và Vật liệu Hoa Kỳ (ASTM) phát triển mô tả phương pháp thử để xác định tốc độ đùn của nhựa nhiệt dẻo nóng chảy bằng máy đo độ dẻo đùn.

Sau thời gian gia nhiệt sơ bộ quy định, nhựa được đùn qua khuôn có chiều dài và đường kính lỗ quy định trong điều kiện nhiệt độ, tải trọng và vị trí piston trong thùng quy định. Tiêu chuẩn này mô tả bốn quy trình. Các quy trình này đã mang lại kết quả tương đương trong các phép đo vòng tròn liên phòng thí nghiệm trên nhiều vật liệu khác nhau:

Quy trình A được sử dụng để xác định lưu lượng chảy nóng chảy (MFR) của vật liệu nhiệt dẻo. Đơn vị đo là gam vật liệu trên 10 phút. Phương pháp này dựa trên việc đo khối lượng vật liệu được đùn ra khỏi khuôn trong một khoảng thời gian xác định. Phương pháp này thường được sử dụng cho các vật liệu có lưu lượng chảy nóng chảy từ 0,15 đến 50 g/10 phút.
Quy trình B là phép đo tự động tính giờ, được sử dụng để xác định lưu lượng chảy (MFR) và lưu lượng thể tích chảy (MVR) của vật liệu nhiệt dẻo. Các phép đo MFR được thực hiện bằng Quy trình B được tính bằng g/10 phút. Các phép đo MVR được tính bằng cm3/10 phút. Các phép đo của Quy trình B dựa trên việc xác định thể tích vật liệu được đùn ra khỏi khuôn trong một khoảng thời gian cụ thể. Thể tích được chuyển đổi thành khối lượng bằng cách nhân kết quả với mật độ nóng chảy của vật liệu. Quy trình B thường được sử dụng cho các vật liệu có lưu lượng chảy từ 0,50 đến 1500 g/10 phút.
Quy trình C là một phép đo thời gian tự động được sử dụng để xác định lưu lượng dòng chảy nóng chảy (MFR) của vật liệu polyolefin. Quy trình này thường được sử dụng thay thế cho Quy trình B trên các mẫu có lưu lượng dòng chảy nóng chảy lớn hơn 75 g/10 phút. Quy trình C bao gồm việc sử dụng một khuôn đã được cải tiến, thường được gọi là khuôn bán phần, có chiều cao và đường kính bên trong bằng một nửa khuôn tiêu chuẩn được chỉ định để sử dụng trong Quy trình A và Quy trình B, do đó duy trì cùng tỷ lệ chiều dài trên đường kính. Quy trình thử nghiệm tương tự như Quy trình B, nhưng không nên cho rằng kết quả thu được với Quy trình C chỉ bằng một nửa so với Quy trình B.
Quy trình D là một phép thử đa trọng lượng, thường được gọi là phép thử "Tỷ lệ lưu lượng" (FRR). Quy trình D được thiết kế để cho phép xác định MFR trên một tải trọng vật liệu bằng cách sử dụng hai hoặc ba tải trọng thử nghiệm khác nhau (tăng hoặc giảm tải trong quá trình thử nghiệm). FRR là một số không thứ nguyên thu được bằng cách chia MFR ở tải trọng thử nghiệm cao hơn cho MFR ở tải trọng thử nghiệm thấp hơn. Kết quả từ các phép thử đa trọng lượng không nên được so sánh trực tiếp với kết quả từ Quy trình A hoặc Quy trình B.

Các polyme có lưu lượng dòng chảy nóng chảy nhỏ hơn 0,15 hoặc lớn hơn 900 g/10 phút có thể được thử nghiệm bằng các quy trình trong phương pháp thử nghiệm này, nhưng dữ liệu về độ chính xác vẫn chưa được xây dựng. Khối lượng riêng nóng chảy là khối lượng riêng của vật liệu ở trạng thái nóng chảy. Không nên nhầm lẫn với giá trị khối lượng riêng tiêu chuẩn của vật liệu. Phương pháp thử nghiệm này và ISO 1133 đề cập đến cùng một chủ đề nhưng khác nhau về nội dung kỹ thuật.

Phương pháp thử nghiệm này đặc biệt hữu ích cho việc kiểm tra chất lượng trên nhựa nhiệt dẻo. Dữ liệu thu được từ phương pháp này chỉ ra tính đồng nhất của lưu lượng dòng chảy polyme khi thực hiện trong một lần chạy duy nhất. Không nên sử dụng phương pháp này làm chỉ số đánh giá tính đồng nhất của các đặc tính khác nếu không có mối tương quan hợp lệ với dữ liệu từ các thử nghiệm khác.

Lưu lượng dòng chảy thu được bằng máy đo độ dẻo đùn không phải là một đặc tính cơ bản của polyme. Đây là một thông số được xác định bằng thực nghiệm, chịu ảnh hưởng đáng kể bởi cấu trúc vật lý và phân tử của polyme cũng như các điều kiện đo lường. Tính chất lưu biến của polyme nóng chảy phụ thuộc vào một số biến số. Giá trị của các biến số này được xác định trong thử nghiệm này có thể khác đáng kể so với các giá trị trong các quy trình quy mô lớn, dẫn đến dữ liệu không tương quan trực tiếp với hành vi xử lý.

Tóm lại, ASTM D1238 phác thảo phương pháp thử nghiệm được sử dụng để xác định tốc độ dòng chảy nóng chảy (MFR) hoặc chỉ số dòng chảy nóng chảy (MFI) của polyme nhiệt dẻo. Phương pháp thử nghiệm này rất quan trọng đối với việc kiểm soát chất lượng và so sánh vật liệu trong ngành công nghiệp nhựa. Mục đích chính của tiêu chuẩn này là đo lường mức độ dễ dàng nóng chảy và chảy của polyme nhiệt dẻo trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cụ thể. Tốc độ dòng chảy nóng chảy là một chỉ số quan trọng về độ nhớt của polyme và liên quan trực tiếp đến khả năng gia công của nó trong quá trình đùn, ép phun và các quy trình sản xuất khác.

Tiêu chuẩn ASTM D1238 áp dụng cho nhiều loại nhựa nhiệt dẻo, bao gồm:

Polyetylen (PE)
Polypropylene (PP)
Polystyren (PS)
Polycarbonate (PC)
Acrylonitrile butadiene styrene (ABS)
Các loại nhựa thông dụng và đặc biệt khác

Tiêu chuẩn này cung cấp các quy trình đo tốc độ đùn nhựa nóng chảy qua khuôn có kích thước quy định trong điều kiện tải trọng và nhiệt độ quy định. Các quy trình chính là:

Quy trình A: Đo thời gian và cân thủ công. Vật liệu được đùn trong 10 phút. Quy trình này phù hợp với vật liệu có lưu lượng chảy từ 0,15 đến 50 g/10 phút.
Quy trình B: Tự động căn chỉnh thời gian và cắt bằng cảm biến chuyển động piston. Phù hợp với độ chính xác và tự động hóa cao hơn. Lý tưởng cho các vật liệu có lưu lượng thấp hoặc cao.
Quy trình C: Thử nghiệm đa tải sử dụng tải tuần tự. Còn được gọi là tỷ lệ thể tích nóng chảy (MVR), phương pháp này giúp phân tích hành vi dòng chảy trong các điều kiện cắt khác nhau.

Các thông số cơ bản được xác định như sau:

Nhiệt độ thử nghiệm (ví dụ: 190 độ đối với PE, 230 độ đối với PP)
Tải trọng thử nghiệm (thường là 2,16 kg, 5 kg hoặc 10 kg tùy thuộc vào loại nhựa)
Kích thước khuôn: Khuôn tiêu chuẩn có đường kính 2,095 mm và chiều dài 8,000 mm

Các thiết bị được sử dụng trong thử nghiệm bao gồm:

Máy đo độ dẻo đùn (còn gọi là máy đo chỉ số nóng chảy)
Khuôn và piston
Cân điện tử (độ chính xác cao)
Bộ hẹn giờ (thủ công hoặc tự động)
Dụng cụ cắt hoặc máy cắt tự động

Các lĩnh vực áp dụng của tiêu chuẩn này là:

Kiểm soát chất lượng trong sản xuất polymer
So sánh từng bên
Lựa chọn vật liệu cho các ứng dụng cụ thể
Tối ưu hóa quy trình đúc và đùn
Chứng nhận và tuân thủ các thông số kỹ thuật

Ưu điểm của phương pháp thử nghiệm này là:

Thật đơn giản và nhanh chóng
Hiệu quả về chi phí
Yêu cầu chuẩn bị mẫu tối thiểu
Cung cấp dữ liệu có giá trị cho các nhà sản xuất và nhà thiết kế

Những hạn chế của phương pháp thử nghiệm này bao gồm:

Không thích hợp cho nhựa nhiệt rắn
Không thể hiện tỷ lệ trượt gia công thực tế
Hành vi dòng chảy ở một nhiệt độ/tải trọng duy nhất có thể không nắm bắt được đầy đủ các đặc tính lưu biến

Do đó, tiêu chuẩn ASTM D1238 là tiêu chuẩn cơ bản trong ngành công nghiệp polymer và cung cấp những hiểu biết quan trọng về đặc tính chảy của nhựa nhiệt dẻo.

Tổ chức của chúng tôi, với nhiều năm kinh nghiệm hỗ trợ các doanh nghiệp trên mọi lĩnh vực thông qua nhiều hoạt động thử nghiệm, đo lường, phân tích và đánh giá, tự hào sở hữu đội ngũ nhân viên hùng hậu, luôn theo sát sự phát triển khoa học công nghệ toàn cầu và không ngừng cải tiến. Trong bối cảnh này, chúng tôi cũng cung cấp dịch vụ thử nghiệm theo "Phương pháp thử tiêu chuẩn ASTM D1238 về tốc độ chảy chảy của nhựa nhiệt dẻo sử dụng máy đo độ dẻo đùn".