MFI テストの定義、機能、および機器

MFI テストとは何ですか?

メルトフローインデックス、 プラスチック材料の加工時の流動性を示す値です。MFI 試験方法は、まず、プラスチックペレットを一定の時間 (10 分) 内に一定の温度と圧力 (材料ごとに異なる基準) で溶かしてプラスチック流体にし、直径 2.1 mm のチューブから流出するプラスチックのグラム数 (g) を測定します。値が大きいほど、プラスチック材料の加工流動性が良好であり、逆もまた同様です。

MFIテストの役割

1. 原料側の品質管理の観点から、MFIテストは熱可塑性プラスチック原料検査の核心指標を構成しています。異なるバッチの樹脂の分子量分布、添加剤比率、重合度は変動するため、標準化されたテスターを使用して10分以内に材料の押し出し重量を測定することで、原材料の流動特性の一貫性を効果的に監視できます（テスト条件は通常230°C / 2.16kgまたは材料固有の標準です）。ポリプロピレン（PP）の生産を例にとると、同じブランドの異なるバッチのMFI値が±15％以上変動する場合、異常な品質と判断され、重合反応条件または造粒プロセスパラメータを追跡する必要があります。この定量的な制御方法は、原料の流動性の違いによって引き起こされる射出成形部品のフラッシュやショートショットなどの成形欠陥を回避し、サプライチェーンの安定性を確保できます。
2. 製品開発段階のエンジニアリング材料選択において、MFIデータは材料エンジニアが性能を一致させるための重要なパラメータです。異なるアプリケーションシナリオでは、材料の流動特性に対する要件が異なります。薄肉製品（携帯電話ケースなど）には、より高いMFI値（30〜50g / 10分）の高速充填金型材料が必要です。機械的ストレスを受ける構造部品（車のバンパーなど）は、より低いMFI値（5〜15g / 10分）の高強度材料を選択する傾向があります。MFI-引張強度-衝撃靭性の相関モデルを確立することにより、異なる流動性を持つ材料の機械的特性減衰曲線を体系的に評価でき、特定の作業条件下での最適な材料選択に対するデータサポートを提供します。
3. 成形加工パラメータの設定プロセスにおいて、MFI値は射出成形プロセスウィンドウの決定に直接影響します。アレニウスの式によれば、溶融粘度は温度と指数関数的に関係しており、MFIは基本的に特定の温度と圧力条件下での見かけの粘度を反映しています。プロセスエンジニアは、MFIテスト値に基づいて、メルトフロー方程式のn値（非ニュートン指数）とK値（粘稠度係数）を逆に推測できます。次に、射出圧力（通常は70〜150MPaに制御）、溶融温度（通常範囲180〜300℃）、保持時間などの重要なパラメータを最適化します。たとえば、MFIが10単位増加するごとに、射出速度を5％〜8％減らすことができます。これにより、金型充填の完全性を確保できるだけでなく、エネルギー消費と成形サイクルを削減できます。
4. 製品品質管理システムにおいて、MFI テストは加工中の材料劣化の程度を敏感に反映します。ポリマー鎖はスクリューせん断と熱履歴の作用により切断され、劣化します。この構造変化は、MFI 値の異常な増加として直接現れます。原材料とリサイクル材料の MFI 変化率 (ΔMFI) を比較することで、材料の熱酸化老化の程度を定量的に評価できます。ポリカーボネート (PC) を例にとると、ΔMFI が元の値の 25% を超えると、衝撃強度が 30% 以上低下します。このとき、加工温度を調整するか、安定剤を追加する必要があります。このオンライン監視方法は、医療グレードのプラスチック製品や光学部品など、材料特性に敏感な分野で特に重要です。

MFIテストに関連する規格

ASTM D-1238: 押出プラストメーターによる熱可塑性プラスチックのメルトフローレートの標準試験方法

ISO 1133: プラスチック - 熱可塑性プラスチックのメルトマスフローレート (MFR) とメルトボリュームフローレート (MVR) の測定

GB 3682-83: 熱可塑性プラスチックのメルトフローレートの試験方法

JIS K7210: プラスチック - 熱可塑性プラスチックのメルトマスフローレート (MFR) およびメルトボリュームフローレート (MVR) の測定 - 第 1 部: 標準方法

DIN 53735: プラスチックの試験: 熱可塑性プラスチックのメルトフローインデックスの測定

BS 2782: プラスチックの試験方法 – 概要

MFIテスターの構造と動作原理

1、バレル、2、ピストンロッド、3、ダイ、4、負荷、5、ポリマーサンプル、6、温度制御システム

メルトフローレートメーターは、押出プラスチックメーターの一種です。高温加熱炉を使用して、指定された温度条件下で試験対象物を溶融状態に到達させます。この溶融状態の試験対象物は、指定された重量の荷重重力下で、一定の直径の小さな穴を通して押し出されます。工業企業のプラスチック生産や科学研究機関の研究において、「メルト（質量）フローレート」は、溶融状態のポリマー材料の流動性、粘度などの物理的特性を表すためによく使用されます。いわゆるメルトインデックスは、押し出しサンプルの各セクションの平均重量を10分間の押し出しに変換したものを指します。

メルトインデックステスターの2つの測定方法の紹介

MFR（質量法）

メルトフローレート（質量流量）はMFRとして表され、単位はg/10分です。

式はMFR(θ、mnom)=tref*m/tです。

どこ：

θ —— 試験温度

mnom—— 公称荷重 Kg

m —— カットオフの平均質量 g

tref —— 基準時間（10分）、S（600秒）

t —— カットオフの時間間隔

例: プラスチックサンプルのグループ。30 秒ごとにセクションが切り出され、各セクションの質量は、0.0816 g、0.0862 g、0.0815 g、0.0895 g、0.0825 g です。

平均値 m = (0.0816 + 0.0862 + 0.0815 + 0.0895 + 0.0825) ÷ 5 = 0.0843 (g)

式に代入します: MFR = 600 × 0.0843/30 = 1.686 (g/10分)

MVR（体積法）

メルトボリュームフローレート (MVR) 値は、次の式を使用して cm³/10 分単位で計算されます。

MVR (θ, mnom) =A*tref*l/t=427*l/t

どこ：

θは試験温度、℃

mnomは公称荷重、kg

Aはピストンとバレルの平均断面積（0.711cm³に等しい）であり、

trefは基準時間（10分）、s（600秒）

tは所定の測定時間または各測定時間の平均値、s

l はピストンによって移動された所定の測定距離、または各測定距離の平均値（cm）です。