Wat is de debietverhouding

De stroomsnelheidsverhouding wordt verkregen door de MFI-waarde die wordt verkregen bij gebruik van een hogere massa, te delen door de MFI-waarde die wordt verkregen bij gebruik van een lagere massa.

Flow Rate Ratio (FRR) wordt algemeen gebruikt als een indicatie van de manier waarop het reologische gedrag van een thermoplast wordt beïnvloed door de moleculaire massaverdeling van het materiaal. Aangezien polymeren zijn opgebouwd uit polymeermolecuulketens van verschillende lengte, is de lengte van de keten bepalend voor de vloei-eigenschappen. Aangezien de precieze ketenlengte tijdens de polymerisatie moeilijk te controleren is, is de resulterende mix of verdeling van ketenlengtes (lang en kort), ook bekend als de molecuulgewichtsverdeling, van invloed op de resulterende vloei-eigenschappen. Deze molecuulgewichtsverdeling draagt ook in belangrijke mate bij tot de fysische en mechanische eigenschappen van het resulterende polymeer, naast andere punten.

Volgens ISO 1133 (2011) wordt de debietverhouding (Flow Rate Ratio – FRR) berekend door het gemiddelde te nemen van de metingen van de smeltsnelheid bij gebruik van een laag gravimetrisch gewicht (bv. 2,16 kg) en een gemiddelde van de metingen van de smeltsnelheid bij gebruik van een hoger gravimetrisch gewicht (bv. 10 kg). Het ene delen door het andere geeft een verhouding:

FRR = MFR (190 °C, 10 kg)/MFR (190 °C, 2,16 kg)

Evenzo kan de verhouding worden afgeleid door gebruik te maken van het smeltvolume in plaats van het smeltdebiet,

FRR = MVR (190 °C, 10 kg)/MVR (190 °C, 2,16 kg)

De smeltindex (MFI) of het smeltdebiet (MFR) is een maat voor de vloei-eigenschappen van een bepaald polymeer, ook bekend als de reologische eigenschappen in gesmolten toestand onder een bekende toegepaste druk. De MFI-waarde die op veel gegevensbladen wordt vermeld, verwijst naar de hoeveelheid polymeer die door een bekende opening (matrijs) wordt geëxtrudeerd en wordt uitgedrukt als hoeveelheid in g/10 min of voor “Melt Volume Rate” in cm310 minuten.

Het basisprincipe van MFI is eenvoudig. Polymeerhars, -schilfers of -poeders worden in een verwarmd vat gebracht, waarin zich op de bodem een matrijs met een bekende boordiameter bevindt. De standaardboring is 2,095 mm in diameter. Het is belangrijk ervoor te zorgen dat wanneer de polymeerkorrels in het vat worden gebracht, alle ingesloten lucht wordt verwijderd door de korrels naar beneden te knijpen, aangezien ingesloten lucht foutieve resultaten zal geven. Zodra de boring vol is, wordt een zuiger in de loop geplaatst met een bekend dood gewicht erbovenop. Voor zeer eenvoudige machines worden de geëxtrudeerde monsters gesneden en gewogen, waarna de MFI-waarde wordt berekend.

Waarom is het belangrijk ?

De viscositeit bij oneindige langzame afschuiving wordt nulafschuifsnelheidsviscositeit (η0) genoemd; dit is in wezen wat wordt verkregen met gebruikmaking van het laagste gravimetrische gewicht tijdens MFI. De waargenomen afschuifverdunning van polymeer-smelten wordt veroorzaakt door de ontwarring van polymeerketens tijdens de stroming. Polymeren met een voldoende hoog molecuulgewicht zijn in rust altijd verstrengeld en willekeurig georiënteerd. Wanneer ze worden afgeschoven, beginnen ze uit elkaar te vallen, waardoor de viscositeit daalt. De mate van ontwarring zal afhangen van de afschuifsnelheid. Bij voldoende hoge afschuifsnelheden zullen de polymeren volledig ontward en uitgelijnd zijn. In dit stadium zal de viscositeit van de polymeer-smelt onafhankelijk zijn van de afschuifsnelheid, d.w.z. dat het polymeer zich weer zal gedragen als een Newtonse vloeistof. Hetzelfde geldt voor zeer lage afschuifsnelheden; de polymeerketens bewegen zo langzaam dat verstrengeling de afschuifstroming niet belemmert.

Referenties:

ISO 1133 – Eerste uitgave 2011-12-01

Ray-Ran MFR300: Introductie Advanced Melt Flow System