Índice de fluidez de fusión

El índice de fluidez en estado fundido ( MFI ) es una medida de la facilidad de flujo del fundido de un polímero termoplástico . Se define como la masa de polímero, en gramos, que fluye en diez minutos a través de un capilar de un diámetro y longitud específicos mediante la aplicación de una presión con pesas gravimétricas alternativas prescritas a temperaturas alternativas prescritas. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Los procesadores de polímeros suelen correlacionar el valor del MFI con el grado de polímero que deben elegir para diferentes procesos, y con frecuencia este valor no se acompaña de unidades, ya que se da por sentado que es g/10 min. De manera similar, las condiciones de prueba para la medición del MFI normalmente se expresan en kilogramos en lugar de otras unidades. El método se describe en las normas similares ASTM D1238 ^{[ 3 ]} e ISO 1133 ^{[ 4 ].} Para reducir los costos de los equipos, se ha desarrollado y validado un MFI basado en hardware de código abierto en varios termoplásticos, incluidos el ácido poliláctico , el poli(etileno) tereftalato glicol y las mezclas de polietileno de alta densidad/poli(etileno) tereftalato ^{[ 5 ] .}

El índice de fluidez en estado fundido mide la capacidad del material fundido para fluir bajo presión y es una medida indirecta del peso molecular, correspondiendo un índice de fluidez elevado a un peso molecular bajo. El índice de fluidez en estado fundido es inversamente proporcional a la viscosidad del material fundido en las condiciones de la prueba, aunque cabe tener en cuenta que la viscosidad de cualquier material de este tipo depende de la fuerza aplicada. Las relaciones entre dos valores de índice de fluidez en estado fundido para un mismo material con diferentes pesos gravimétricos se utilizan a menudo como medida de la amplitud de la distribución del peso molecular .

El índice de fluidez en estado fundido se utiliza comúnmente para las poliolefinas; el polietileno se mide a 190  °C y el polipropileno a 230  °C. El ingeniero de plásticos debe elegir un material con un índice de fluidez lo suficientemente alto como para que el polímero fundido pueda moldearse fácilmente en la pieza deseada, pero lo suficientemente bajo como para que la resistencia mecánica de la pieza final sea suficiente para su uso.

La norma ISO 1133-1 rige el procedimiento para la medición del índice de fluidez de la fusión. ^{[ 6 ]} El procedimiento para determinar el índice de fluidez de la fusión es el siguiente:

1.  Se toma una pequeña cantidad de la muestra de polímero (entre 4 y 5 gramos aproximadamente) en el aparato MFI especialmente diseñado. Se inserta en el aparato una matriz con una abertura de aproximadamente 2 mm de diámetro. 
2. El material se empaqueta adecuadamente dentro del barril para evitar la formación de burbujas de aire .
3. Se introduce un pistón que actúa como medio para extruir el polímero fundido.
4. La muestra se precalienta durante un tiempo determinado: 5 minutos a 190  °C para el polietileno y 6 minutos a 230  °C para el polipropileno.
5. Tras el precalentamiento, se introduce un peso específico en el pistón. Algunos ejemplos de pesos estándar son 2,16  kg, 5  kg, etc.
6. El peso ejerce una fuerza sobre el polímero fundido, que inmediatamente comienza a fluir a través de la boquilla.
7. Transcurrido el tiempo deseado, se toma una muestra del material fundido y se pesa con precisión.
8. El MFI se expresa en gramos de polímero por cada 10 minutos de duración de la prueba.

Los sinónimos de Índice de Fluidez en Fusión son Tasa de Fluidez en Fusión e Índice de Fluidez . Sus abreviaturas más comunes son: MFI , MFR y MI .

Resulta confuso que MFR también pueda indicar "relación de flujo en estado fundido", que es la relación entre dos velocidades de flujo en estado fundido a diferentes pesos gravimétricos. Lo más preciso es que se indique como FRR (relación de velocidad de flujo) o simplemente relación de flujo. El FRR se utiliza comúnmente como indicador de cómo la distribución del peso molecular del material influye en el comportamiento reológico.

Anteriormente: ( MFI = Índice de fluidez de fusión ) → Actualmente: ( MFR = Caudal másico de fusión )

Anteriormente: ( MVI = Índice de Volumen de Fusión ) → Actualmente: ( MVR = Caudal de Volumen de Fusión )

Anteriormente: ( MFR = Relación de Flujo de Fusión ) → Actualmente: ( FRR = Relación de Caudal )

El parámetro de flujo más accesible para la mayoría de los procesadores es el MFI. El MFI se utiliza a menudo para determinar cómo se procesará un polímero. Sin embargo, el MFI no tiene en cuenta la cizalladura, la velocidad de cizalladura ni el historial de cizalladura y, por lo tanto, no es una buena medida de la ventana de procesamiento de un polímero. Es una medición de viscosidad de un solo punto a una velocidad de cizalladura y temperatura relativamente bajas. Anteriormente, se solía decir que el MFI proporcionaba un "punto" cuando, en realidad, lo que se necesitaba para los procesadores de polímeros era un "gráfico". Sin embargo, esto ya no es cierto debido a un enfoque único desarrollado para estimar el reograma simplemente conociendo el MFI. ^{[ 7 ]}

El dispositivo MFI no es una extrusora en el sentido convencional del procesamiento de polímeros, ya que no tiene un tornillo para comprimir, calentar y cortar el polímero. Además, MFI no considera la ramificación de cadena larga ^{[ 8 ]} ni las diferencias entre la reología de corte y la de elongación ^{[ 9 ]} . Por lo tanto, dos polímeros con el mismo MFI no se comportarán igual bajo ninguna condición de procesamiento ^{[ 10 ] .}

La relación entre el MFI y la temperatura puede utilizarse para obtener las energías de activación de los polímeros. ^{[ 11 ]} Las energías de activación derivadas de los valores de MFI presentan la ventaja de la simplicidad y la fácil disponibilidad. El concepto de obtener la energía de activación a partir del MFI también puede extenderse a los copolímeros, donde existe una dependencia anómala de la viscosidad de la masa fundida con la temperatura, lo que da lugar a la existencia de dos valores distintos de energías de activación para cada copolímero. ^{[ 12 ]}

Para una simulación numérica detallada del índice de flujo de fusión, consulte ^{[ 13 ]} o ^{[ 14 ] .}

Anteriormente MFI (actualmente MFR ) = Peso (gramos) de muestras fundidas en 10 minutos

Probador de índice de fluidez de fusión