Schmelze-Massefließrate

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Schmelze-Massefließrate (MFR) (Autor: Prof. Dr. H.-J. Radusch)

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].

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.

$MFR={\frac {m\cdot t_{ref}}{t}}={\frac {m\cdot 600}{t}}$

mit

m		Mittelwert der Masse der Abschnitte
t		Zeitintervall für das Abschneiden
tref		600 s

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.

Danksagung

Die Herausgeber des Lexikons danken Prof. Dr. H.-J. Radusch, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg und Polymer Service GmbH Merseburg für diesen Gastbeitrag.

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 (2022-05): Allgemeines Prüfverfahren (Entwurf) Teil 2 (2012-03): Verfahren für Materialien, die empfindlich gegen eine zeit- bzw. temperaturabhängige Vorgeschichte und/oder Feuchte sind
[3]	ASTM D 1238 (2020): Standard Test Method for Melt Flow Rates of Thermoplastics by Extrusion Plastometer