メルトフローインデックス

メルトフローインデックス（MFI）は、熱可塑性ポリマーの溶融物の流れやすさの尺度です。これは、所定の代替重量測定法で所定の温度に圧力をかけて、特定の直径と長さの毛細管を10分間に流れるポリマーの質量（グラム単位）として定義されます。 ^{[1] [2]}ポリマー加工業者は通常、MFIの値をさまざまなプロセスに選択する必要があるポリマーグレードと関連付けますが、ほとんどの場合、この値には単位が付いていません。これは、g/10分であることが当然とされているためです。同様に、MFI測定のテスト条件は通常、他の単位ではなくキログラムで表されます。この方法は、同様の規格であるASTM D1238 ^[3]およびISO 1133に記載されています。 ^[4]

メルトフローレートは、圧力下で材料の溶融物が流れる能力の尺度であり、分子量の間接的な尺度でもあり、メルトフローレートが高いほど分子量は低くなります。メルトフローレートは、テストの条件での溶融物の粘度に反比例しますが、このような材料の粘度は加えられた力に依存することに留意する必要があります。異なる重量での 1 つの材料の 2 つのメルトフローレート値の比率は、分子量分布の広さの尺度としてよく使用されます。

メルトフローレートはポリオレフィンに非常によく使用され、ポリエチレンは190 °C、ポリプロピレンは230 °C で測定されます。プラスチックエンジニアは、溶融ポリマーが意図した製品に簡単に成形できるほどメルトインデックスが高く、最終製品の機械的強度が使用に十分であるほどメルトインデックスが低い材料を選択する必要があります。

ISO規格1133-1はメルトフローレートの測定手順を規定している。^[5] MFIを決定する手順は以下のとおりである。

1. 少量のポリマーサンプル（約 4 ～ 5 グラム）を特別に設計された MFI 装置に採取します。通常、直径約 2 mm の開口部を持つダイを装置に挿入します。
2. 空気ポケットの形成を避けるために、材料はバレル内に適切に詰められます。
3. 溶融ポリマーの押し出しを引き起こす媒体として機能するピストンが導入されます。
4. サンプルは指定された時間予熱されます。ポリエチレンの場合は 190 °C で 5 分、ポリプロピレンの場合は 230 °C で 6 分です。
5. 予熱後、指定された重量がピストンに導入されます。標準重量の例は、2.16 kg、5 kg などです。
6. 重量によって溶融ポリマーに力が加わり、すぐにダイを通って流れ始めます。
7. 所定の時間経過後に溶融物のサンプルを採取し、正確に計量します。
8. MFI は、テスト期間 10 分あたりのポリマーのグラム数で表されます。

メルトフローインデックスの同義語は、メルトフローレートとメルトインデックスです。より一般的に使用されるのは、それらの略語であるMFI、MFR、およびMIです。

紛らわしいことに、MFR は「メルトフロー比」、つまり異なる重量における 2 つのメルトフローレートの比率を示すこともあります。より正確には、これは FRR (フローレート比)、または単にフロー比として報告する必要があります。FRR は、レオロジー挙動が材料の分子量分布によってどのように影響を受けるかを示す指標として一般的に使用されます。

以前: ( MFI =メルトフローインデックス) → 現在: ( MFR =メルトマスフローレート)

以前: ( MVI =メルトボリュームインデックス) → 現在: ( MVR =メルトボリュームフローレート)

以前: ( MFR =メルトフローレシオ) → 現在: ( FRR =フローレート比)

ほとんどの加工業者が容易にアクセスできる流動パラメータは MFI です。MFI は、ポリマーの加工方法を決定するためによく使用されます。ただし、MFI はせん断、せん断速度、せん断履歴を考慮しないため、ポリマーの加工ウィンドウの適切な測定基準にはなりません。これは、比較的低いせん断速度と温度での単一点粘度測定です。以前は、MFI は「ドット」を与えるとよく言われていましたが、実際にはポリマー加工業者に必要なのは「プロット」でした。しかし、現在では、MFI の知識のみからレオグラムを推定する独自のアプローチが開発されているため、これは真実ではありません。^[6]

MFI装置は、ポリマーを圧縮、加熱、せん断するスクリューがないため、従来のポリマー加工における押出機とは異なります。さらに、MFIは長鎖分岐^[7]やせん断レオロジーと伸長レオロジーの違いを考慮しません。^[8]したがって、同じMFIを持つ2つのポリマーは、特定の加工条件下では同じ挙動をしません。^[9]

MFIと温度の関係は、ポリマーの活性化エネルギーを得るために使用できます。^[10] MFI値から得られる活性化エネルギーは、単純で入手しやすいという利点があります。MFIから活性化エネルギーを取得する概念は、溶融粘度の異常な温度依存性が存在する共重合体にも拡張でき、各共重合体に対して2つの異なる活性化エネルギー値が存在することになります。^[11]

メルトフローインデックスの詳細な数値シミュレーションについては、^[12]または^{[13]を参照してください。}

旧MFI（現在MFR）=10分間で溶解したサンプルの重量（グラム）

メルトフローインデックステスター