Usando este artigo como base, expandi o conteúdo e adicionei subseções com as seguintes palavras-chave:
Teste de Taxa de Fluxo de Fusão
Teste de taxa de fluxo de fusão pode ser caracterizado como o Patinho Feio dos métodos de teste de materiais – ele não recebe nenhum respeito. Pessoas de todas as partes da indústria desvalorizam o valor do teste ou denigrem sua utilidade completamente. Aqueles que instruem profissionais da indústria de processamento rapidamente apontam que o valor da taxa de fluxo de fusão (MFR) de um material é um único ponto em uma curva que caracteriza a viscosidade como uma função da taxa de cisalhamento. Como os plásticos são não-newtonianos, sua viscosidade varia com a taxa de cisalhamento.
Limitações do MFR
Os equipamentos injetores de fusão, ou plastômetros de extrusão, são ferramentas de laboratório comuns usadas para determinar a taxa de fluxo de fusão (MFR). O teste, embora frequentemente menosprezado, avalia o peso molecular médio (MW) relativo do polímero. Uma vez que o MW é a força motriz por trás do desempenho dos polímeros, acaba sendo um número muito útil.
O teste de taxa de fluxo de fusão move o material fundido a uma única taxa de fluxo, portanto uma única taxa de cisalhamento, e falha em capturar toda a gama de comportamento de um material como uma função da taxa de cisalhamento em mudança. Para piorar, a taxa de cisalhamento nem sequer é controlada. Embora a carga no material, ou o estresse de cisalhamento, seja constante durante o curso do teste, a taxa de cisalhamento é um resultado do teste. O próprio MFR é um reflexo da taxa de cisalhamento usada durante o decorrer do teste, mas é um resultado do teste e não uma entrada controlada.
Acadêmicos não gostam das unidades. Como você chega de gramas/10 minutos para algo significativo em termos de comportamento fundamental do polímero? Escrevi extensamente sobre a relação relativa entre MFR e peso molecular médio. Isso me rendeu e-mails irritados ocasionais de professores universitários insistindo que eu explicasse como converter de g/10 min para as unidades adequadas para peso molecular, que são gramas/molécula. É uma boa pergunta e uma que responderemos o mais completamente possível ao longo destes próximos artigos.
Peso Molecular
Mas se o teste é tão inútil, por que o valor aparece em tantas fichas técnicas de materiais? Não só é um item em fólio na maioria das fichas técnicas publicadas, muitas vezes é a característica chave que distingue uma graduação material de outra dentro de uma determinada família de polímeros. A razão é simples. Supondo que todos os outros fatores sejam mantidos constantes, o MFR é um muito bom indicador do peso molecular médio relativo do polímero. Uma vez que o peso molecular (MW) é a força motriz por trás do desempenho dos polímeros, acaba sendo um número muito útil.
A taxa de fluxo em um polímero está relacionada inversamente à viscosidade. Materiais de alta viscosidade fluem com maior resistência e, portanto, mais lentamente, sob qualquer conjunto particular de condições do que materiais de baixa viscosidade. Portanto, polímeros de maior peso molecular têm valores mais baixos de MFR e polímeros de menor peso molecular têm MFR mais altos.
Os praticantes da moldagem por injeção preferem a última opção porque é mais fácil preencher caminhos de fluxo exigentes em um molde com o que chamamos de materiais de “alto fluxo”. Extrusores e moldadores por sopro são mais propensos a preferir materiais de maior peso molecular porque eles proporcionam maior resistência à fusão, um fator que torna mais fácil controlar a forma de uma parison ou um perfil complexo, independentemente de considerações de inchamento. Os usuários finais preferem polímeros de maior peso molecular, mesmo que não saibam, porque maior MW se correlaciona com melhor desempenho do produto. Resistência ao impacto, desempenho de fadiga, resistência ao craqueamento por estresse ambiental (ESCR) e propriedades de barreira (para citar algumas) melhoram com maior MW.
Minha primeira exposição à importância do MW como critério de seleção de materiais ocorreu no chão de moldagem há mais de 30 anos. Estávamos moldando carcaças de sinal de semáforo a partir de uma graduação de injeção de alto peso molecular de policarbonato. O MFR nominal do material era de 5 g/10 min. A geometria da peça, aliada à idade de nossas máquinas de moldagem, tornou isso uma tarefa muito desafiadora para produzir. Como o desempenho da peça era bastante crítico, realizávamos um teste de impacto com dardo caindo uma vez a cada hora para garantir que o processo estivesse sob controle. Ao final da execução, selecionávamos aleatoriamente 20 peças do lote e repetíamos o teste de impacto. O resultado típico era que 20 de 20 peças passaram.
Um dia decidimos ver o que aconteceria se usássemos uma graduação com um MFR nominal de 10 g/10 min. O raciocínio foi algo assim: se pudermos usar um material que flui mais facilmente, podemos reduzir a temperatura de fusão do material e as pressões associadas à injeção e ao empacotamento. Isso reduzirá o estresse no material e melhorará o desempenho de impacto da peça ou pelo menos compensará a resistência de impacto reduzida do polímero de menor peso molecular.
Quando amostramos uma graduação com um MFR nominal de 10 g/10 min, de fato observamos que pudemos reduzir a temperatura de fusão do material em 40° F (22°C), e nossa pressão durante o preenchimento da primeira etapa diminuiu 10%. Mas quando realizamos nossa avaliação de desempenho de impacto em 20 peças feitas deste material, apenas quatro delas sobreviveram ao teste. Esta grande mudança no comportamento ocorreu mesmo que os valores de impacto Izod entalhado publicados nas fichas técnicas para essas duas graduações fossem iguais. Essa disparidade entre o desempenho real e as expectativas criadas pela ficha técnica ocorre todos os dias em nossa indústria, e abordaremos as razões para isso em um próximo artigo.
Em nosso próximo artigo, descreveremos o procedimento do teste de MFR e discutiremos algumas das suas forças e fraquezas. Também explicaremos o motivo pelo qual tantos fornecedores de materiais utilizam a propriedade, não apenas como um item de linha publicado, mas também como um parâmetro-chave para a certificação de qualidade de lote a lote.
SOBRE O AUTOR: Michael Sepe é um consultor independente de materiais e processamento baseado em Sedona, Ariz., com clientes em toda a América do Norte, Europa e Ásia. Ele tem mais de 45 anos de experiência na indústria de plásticos e ajuda os clientes com seleção de materiais, design para fabricabilidade, otimização de processo, solução de problemas e análise de falhas. Contato: (928) 203-0408 • mike@thematerialanalyst.com
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Última atualização em 25 de janeiro de 2024
