Schmelze-Massefließrate

Aus Lexikon der Kunststoffprüfung
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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].

Datei: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 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
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