Die Schmelzflussrate ist ein Maß für die Fließfähigkeit von geschmolzenem Kunststoff und stellt einen typischen Index für die Qualitätskontrolle von Thermoplasten dar. Ursprünglich als Schmelzflussindex oder Schmelzindex bezeichnet (typischerweise für Polyethylen, aber auf eine Vielzahl von Materialien angewendet), ist die heutige Standardbezeichnung Schmelzemassefließrate oder MFR, was ein Massenstrom ist, der (SI-Einheiten) in g/10min ausgedrückt wird. Eine alternative Größe ist der Volumenstrom, der (SI-Einheiten) in cm3/10min ausgedrückt wird und als Schmelzevolumenfließrate oder MVR bezeichnet wird. MVR multipliziert mit der Schmelzdichte (d. h. Dichte des Materials im geschmolzenen Zustand) ergibt MFR.

Typische Schmelzflussinstrumente sind kompakt und einfach zu bedienen. Das Grundprinzip besteht darin, dass eine thermoplastische Probe (ursprünglich in Form von Granulat, Pulver oder Flocken) durch Erhitzen verflüssigt und gezwungen wird, aus einem Zylinder durch eine Kapillardüse zu fließen. Der Extrudierkolben wird mit Totgewichten belastet, normalerweise bis zu 21,6 kg. MFR (und MVR) werden unter Standardbedingungen für Temperatur und angelegter Last erhalten, die für jeden Materialtyp definiert sind, und normalerweise unter Verwendung eines festen Düsentyp (Innendurchmesser 2,095 mm, Länge 8 mm). Das Ergebnis muss immer die Testbedingungen angeben, da es stark von diesen abhängt.

MFR und MVR werden typischerweise in Qualitätskontrolllabors und Produktionskontrolllabors eingesetzt. Das grundlegende Verfahren sieht eine manuelle Zeitmessung, das Schneiden und Wiegen des extrudierten Materials vor, was direkt einen Wert für MFR ergibt. Halbautomatische Verfahren, die durch moderne Instrumente ermöglicht werden, basieren auf direkten Messungen der Kolbenverschiebung, wodurch sie direkt einen Wert für MVR ergeben. Die Schmelzdichte kann eingegeben oder gemessen werden, und daher werden auch MFR-Ergebnisse erhalten. Halbautomatische Verfahren können eine viel höhere Genauigkeit erzielen und einen größeren Bereich messbarer Flussraten gewährleisten. Fortgeschrittenere Methoden sehen die Anwendung mehrerer Lasten während desselben Tests vor, wobei jede ein MFR- (MVR-)Ergebnis liefert. Dies wird als Multiweight-Test bezeichnet und liefert zusätzliche Informationen über die Probe, mit einigen Einblicken in die Scherabhängigkeit der Viskosität. Ein Single-Weight-MFR-Test kann mit der durchschnittlichen Molekülmasse korreliert werden, während die Scherabhängigkeit von der Molekülmassenverteilung abhängt.

Die Schmelzflussrate ist ein schnelles Werkzeug, um Chargen desselben Materials zu vergleichen oder Fließeigenschaften verschiedener Materialien abzuschätzen (typischerweise für Extrusionsprozesse), wenn kein tiefes Verständnis der Materialeigenschaften erforderlich ist. Eine echte rheologische Charakterisierung kann mittels Rheometern durchgeführt werden. Die Schmelzflussrate ist umgekehrt proportional zur (Scher-)Viskosität, wird aber nicht verwendet, um letztere zu bestimmen (kann nur eine grobe Schätzung geben).

Referenzen:

• ISO 1133:2005 „Kunststoffe – Bestimmung der Schmelze-Massefließrate (MFR) und der Schmelze-Volumenfließrate (MVR) von Thermoplasten“
• ASTM D1238-10 „Standardprüfverfahren für Schmelzflussraten von Thermoplasten durch Extrusionsplastometer“

Prüfgeräte

Schmelzflusstests werden auf Schmelzflusstestern wie den Tischgeräten MF20 und MF30 von Instron durchgeführt. Diese Maschinen sind in verschiedenen Größen erhältlich. Je nach Anzahl der Massen, die für Ihr Material benötigt werden, können die Maschinen mit einem automatischen Gewichtheber ausgestattet werden.