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Schmelze-Massefließrate (MFR)

Schmelzindex (MFR)

Der Schmelzindex (engl.: MFR = Melt Mass-Flow Rate früher MFI = Melt Flow Index) dient zur Charakterisierung des Fließverhaltens eines thermoplastischen Kunststoffes. Zur Messung des Schmelzindex werden Schmelzindexmessgeräte (Bild 1) verwendet, die eine besondere Ausführungsform eines Kapillarrheometers darstellen [1].

MFR1.jpg

Bild 1: Typisches Messgerät zur Bestimmung des Schmelzindex

Die Schmelzindexbestimmung ist in DIN EN ISO 1133 [2] und ASTM D 1238 [3] standardisiert. Als Schmelzindex wird der MFR-Wert definiert, der die Materialmenge in Gramm angibt, die bei einem bestimmten Druck und einer bestimmten Temperatur in zehn Minuten durch eine Kapillare mit definierten Abmessungen fließt.

 MFR=\frac {m\cdot 600}{t}

mit

m Mittelwert der Masse der Abschnitte
t Zeitintervall für das Abschneiden

Der Schmelzindex wird in der Einheit g (10 min)-1 angegeben.

Der Schmelzindexwert stellt nur einen einzelnen der Viskosität proportionalen Wert bei relativ niedriger Schergeschwindigkeit dar. Auf Grund des einfachen Messprinzips ist keine unmittelbare Vergleichbarkeit mit auf Hochdruckkapillarrheometern (siehe: Kapillarrheometer) gemessenen Viskositätswerten gegeben.

Beim Schmelzindexprüfgerät ist die Düse als sehr kurze Kapillare, in der Regel mit einem L/D-Verhältnis von 10/1, ausgeführt. Der zum Auspressen der Schmelze aus dem temperierten Zylinder erforderliche Druck wird durch Aufbringen einer definierten Belastung mit Auflagegewichten realisiert. Die Prüfbedingungen ergeben sich aus DIN EN ISO 1133 [2]. Für Thermoplaste übliche Prüfparameter sind in der Tabelle zusammengestellt. Die jeweilige Prüftemperatur wird in Abhängigkeit vom Werkstoff und der Belastung der Prüfnorm entnommen.

Tabelle: Prüfbedingungen für die Messung des Schmelzindex
Masse der Auflage-
Gewichte (kg)
Kolbenkraft (N) Kolbendruck (bar) Scheinbare Schub-
spannung (Pa)
0,325 3,187 0,4516 2,956 ⋅ 103
1,20 11,77 0,1667 1,092 ⋅ 104
2,16 21,18 3,001 1,965 ⋅ 104
3,8 37,27 5,280 3,457 ⋅ 104
5,0 49,03 6,947 4,548 ⋅ 104
10,0 98,07 13,89 9,096 ⋅ 104
15,0 147,1 20,84 1,364 ⋅ 105
21,6 211,8 30,01 1,965 ⋅ 105

Der Schmelzindex MFR wird in der Prüfpraxis als einfache und schnelle Methode der Wareneingangs- oder Qualitätskontrolle häufig verwendet; ist aber auch in der Schadensanalyse oder bei Kundenreklamationen bedeutsam.


Literaturhinweise

[1] Radusch, H.-J.: Bestimmung verarbeitungsrelevanter Eigenschaften. In: Grellmann, W., Seidler, S. (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 68–70, (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe AMK-Büchersammlung unter A 18)
[2] DIN EN ISO 1133: Kunststoffe – Bestimmung der Schmelze-Massefließrate (MFR) und der Schmelze-Volumenfließrate (MVR) von Thermoplasten
Teil 1 (2012-03): Allgemeines Prüfverfahren
Teil 2 (2012-03): Verfahren für Materialien, die empfindlich gegen eine zeit- bzw. temperaturabhängige Vorgeschichte und/oder Feuchte sind
[3] ASTM D 1238 (2013): Standard Test Method for Melt Flow Rates of Thermoplastics by Extrusion Plastometer