L'indice di fluidità allo stato fuso è una misura della facilità di flusso della plastica fusa e rappresenta un tipico indice per il controllo qualità dei materiali termoplastici. Originariamente chiamato Melt Flow Index o Melt Index (tipicamente per il polietilene, ma applicato a una varietà di materiali), la designazione standard oggi è Melt Mass-Flow Rate o MFR, che è una portata massica espressa (unità SI) in g/10min. Una quantità alternativa è la portata volumetrica espressa (unità SI) in cm3/10min, chiamata Melt Volume-Flow Rate o MVR. MVR moltiplicato per la densità della massa fusa (cioè la densità del materiale allo stato fuso) dà MFR.

I tipici strumenti per la misurazione della fluidità allo stato fuso sono compatti e facili da usare. Il principio di base è che un campione termoplastico (originariamente sotto forma di granuli, polvere o scaglie) viene reso fluido mediante riscaldamento e forzato a fuoriuscire da un cilindro attraverso una filiera capillare. Il pistone di estrusione è caricato con pesi morti, normalmente fino a 21,6 kg. MFR (e MVR) si ottengono in condizioni standard di temperatura e carico applicato, definiti per ogni tipo di materiale, e normalmente utilizzando un tipo fisso di filiera (diametro interno 2,095 mm, lunghezza 8 mm). Il risultato deve sempre specificare le condizioni di prova perché è fortemente dipendente da esse.

MFR e MVR sono tipicamente utilizzati nei laboratori di controllo qualità e nei laboratori di controllo della produzione. La procedura di base prevede una temporizzazione, un taglio e una pesatura manuali del materiale estruso, ottenendo direttamente un valore di MFR. Le procedure semiautomatiche consentite dagli strumenti moderni si basano su misurazioni dirette dello spostamento del pistone, quindi forniscono direttamente un valore di MVR. La densità della massa fusa può essere inserita o misurata e quindi si ottengono anche i risultati MFR. Le procedure semiautomatiche possono raggiungere una precisione molto più elevata e garantire una gamma più ampia di portate misurabili. Metodi più avanzati prevedono l'applicazione di diversi carichi durante la stessa prova, ognuno dei quali fornisce un risultato MFR (MVR). Questa è chiamata prova multiweight e fornisce ulteriori informazioni sul campione, con alcune informazioni sulla dipendenza della viscosità dal taglio. Una prova MFR a peso singolo può essere correlata alla massa molecolare media, mentre la dipendenza dal taglio dipende dalla distribuzione della massa molecolare.

L'indice di fluidità allo stato fuso è uno strumento rapido per confrontare lotti dello stesso materiale o per stimare le proprietà di flusso di materiali diversi (tipicamente per i processi di estrusione), quando non è richiesta una profonda comprensione delle proprietà del materiale. Una vera caratterizzazione reologica può essere effettuata per mezzo di reometri. L'indice di fluidità allo stato fuso è inversamente proporzionale alla viscosità (di taglio), ma non viene utilizzato per determinare quest'ultima (può fornire solo una stima approssimativa).

Riferimenti:

• ISO 1133:2005 "Materie plastiche - Determinazione dell'indice di fluidità di massa (MFR) e dell'indice di fluidità volumetrica (MVR) dei termoplastici”
• ASTM D1238-10 "Metodo di prova standard per gli indici di fluidità dei termoplastici mediante plastometro a estrusione“

Attrezzature di prova

Le prove di fluidità allo stato fuso vengono eseguite su macchine da tavolo per test di fluidità allo stato fuso come MF20 e MF30 di Instron. Queste macchine sono disponibili in diverse dimensioni. A seconda del numero di masse necessarie per il materiale, le macchine possono essere dotate di un sollevatore automatico di pesi.