О разнице между MFI, MFR, MI и в целом о показателе текучести расплава (ПТР)

Прибор для измерения ПТР (пластомер)
Прибор для измерения ПТР (пластомер)

Сегодня один хороший человек задал мне вопрос насчёт разницы между MFI и MFR. Поскольку на этот вопрос пришлось дать расширенный ответ, я подумал, что информация может быть полезна многим. А поэтому ниже даю своё письмо с небольшими изменениями.

Здравствуй, дорогой!

Мои предположения подтвердились вот тут: http://en.wikipedia.org/wiki/Melt_Flow_Index Смотри, что буржуины написали в Википедии насчёт искомой разницы.

Synonyms of Melt Flow Index are Melt Flow Rate and Melt Index. More commonly used are their abbreviations: MFI, MFR and MI. Confusingly, MFR may also indicate «melt flow ratio», the ratio between two melt flow rates at different gravimetric weights. More accurately, this should be reported as FRR (flow rate ratio), or simply flow ratio. FRR is commonly used as an indication of the way in which rheological behavior is influenced by the molecular mass distribution of the material.

В переводе это звучит следующим образом.

Синонимами Мэлт Флоу Индекс являются Мэлт Флоу Рэйт. Наиболее часто используются их аббревиатуры MFI, MFR и MI. Сбивает с толку то, что MFR может так же означать «Мэлт Флоу Рэйшэ» (Melt Flow Ratio. Ratio (рэйшэ) — в переводе означает «отношение», в смысле «отношение двух числовых величин». Примечание моё), т.е. отношение двух MFR, измеренных при различной нагрузке. Если быть более точным, то желательно использовать термин FRR (flow rate ratio, флоу рэйт рэйшэ), или просто flow ratio (флоу рэйшэ). FRR в общем случае используется как некий показатель влияния массо-молекулярного распределения на реологические свойства материала.

А теперь тоже самое, только в более простом изложении. Есть ПТР. На английский ПТР в общем случае переводится как MFI или MFR. Melt -расплав, Flow — течение, Rate или Index — показатель, индекс. В английском языке слова Rate и Ratio сходны визуально. Видимо, сами товарищи, владеющие в той или иной степени английским языком, слегка путают значения этих слов, а смысловая разница есть и она огромна. Если Rate — это «показатель, индекс», то Ratio — это «отношение двух величин». Из-за этого возникает путаница: MFR используется как собственно синоним MFI, так и в качестве термина, означающего отношение двух ПТР, измеренных при разной нагрузке. Поэтому автор статьи в Википедии, чтобы не было путаницы, мягко предлагает вместо MFR использовать более точный термин FRR видимо потому, что в этом термине есть оба слова (и rate и ratio) и по смыслу более точно получается.

Теперь для полной ясности более развёрнутое пояснение, что же такое ПТР и отношение ПТРов. Как мерят ПТР? В нагретый до определённой температуры цилиндр вставили предварительно фильеру (шайбу с дыркой нужного диаметра). В разогретый цилиндр насыпали исследуемый полимер. Сверху вставили в цилиндр поршень. На поршень положили груз определённого веса. Под действием силы тяжести груз давит на поршень, поршень давит на материал, материал вытекает через фильеру. Вот сколько материала вытечет из фильеры за 10 минут, такой значит у нас и ПТР. Чем больше вытекло, тем, грубо говоря, выше текучесть материала. Для каждого типа пластиков, например для ПЭ или для ПС, значение диаметра фильеры, температуры цилиндра и веса груза стандартизованы и эти значения различны для разных типов пластиков. Поэтому нельзя сравнивать ПТР, скажем, полистирола и ПТР полиэтилена. Можно сравнивать ПТР полиэтилена одной марки с ПТР полиэтилена другой марки и ПТР полистирола одной марки с ПТР полистирола другой марки и не иначе. Это первый посыл.

Второй посыл. Что такое массо-молекулярное распределение (ММР)? Полимер на то и полимер, чтобы у него была молекула очень большой длины. Но далеко не факт, что в общей массе полимера все молекулы будут равны по длине (молекулярной массе) скажем одному миллиону молекул входящего в его состав мономера: есть и рваные молекулы по 500 000 мономеров и более длинные по 1 500 000 мономеров (цифры взяты условные). Один раз полимер прогнали через ТПА с получением изделия, уже порвали макромолекулы, потом изделие поэксплуатрировали под солнцем, ещё часть молекул побилось, потом изделие подробили, потом сгранулировали, затем снова в переработку и в итоге ММР полимера здорово меняется (молекулы рвутся). Более того, по ряду причин, при изготовлении первички длина молекул тоже далеко не одинакова. Кстати, изготовители полимеров борются за стабильность ММР. Вот ММР — это и есть то, сколько молекул какой длины содержится в полимере. ММР у нас влияет на реологические свойства (грубо говоря, на характер течения) полимера и в некоторых случаях знать ММР не помешает. А как его узнать хотя бы ориентировочно, приближённо? Точнее, нужно знать не само ММР, а его влияние на характер течения, т.к. по сути на практике нас интересует то, как будет полимер течь, а на собственно значение ММР можно забить. Поэтому берут прибор для измерения ПТР и мерят ПТР сначала нагружая поршень гирьками одной массы, а затем мерят ПТР, нагружая поршень гирьками другой массы. После этого делят одно значение ПТР на другое значение ПТР и получают отношение ПТР, то есть FRR, о котором и написано в Википедии. По полученной цифре делают выводы о том, как материал потечёт при переработке, если его в процессе переработки нагрузить сильнее. Ну или ещё кто какие выводы глубокие делает. Тут дело в том, что полимеры — это неньютоновская жидкость. Вода — это ньютоновская жидкость, а полимеры — нет. Вязкость воды не меняется от скорости сдвига (т. е. от того, с какой скоростью и силой трутся молекулки воды друг о друга), а вязкость (текучесть) полимера меняется: чем выше скорость сдвига (например, чем быстрее мы впрыскиваем полимер в оформляющую полость), тем легче он течёт. Вот как эту фигню узнать в цифрах? С помощью отношения двух ПТРов, измеренных при различной нагрузке.

Ну и студенты же у тебя, ёлки-палки. Ты где таких взял? Я устал по клавишам стучать. Даже не верится, что они вникают в тонкости заморской терминологии. Но ради таких студентов ничего не жалко, можно и по клавишам постучать.

Олег.