شاخص جریان مذاب (MFI) معیاری برای سهولت جریان پذیری مذاب یک پلیمر ترموپلاستیک است. شاخص جریان مذاب، مقدار وزن پلیمر مذاب (بر حسب گرم) است که در 10 دقیقه که از یک دای با طول و عرض مشخص و تحت دما و فشار مشخص طبق استاندارد ASTM D1238 و ISO 11/33 خارج می‌گردد.

---

    در واقع می توان این طور تعریف کرد که شاخص جریان مذاب، جرم پلیمری (بر حسب گرم) است که در مدت ده دقیقه از میان یک روزنه (Die) با قطر و طول ثابت در دمای ثابت بیرون می‌آید، و این در حالی است که وزنه استانداردی بر روی پیستون محفظه رانش که حاوی حدود سه گرم (تا ۸ گرم) پلیمر است، قرار دارد. شاخص جریان مذاب تا حدودی (اما نه دقیق) نسبت معکوس با گرانروی مذاب دارد. بنابراین با افزایش وزن مولکولی متوسط، کاهش می‌یابد. شاخص جریان مذاب بالاتر، نشان دهنده روانی بیشتر در دماهای فرآورش است. این نماد در اصل برای نشان دادن ویژگی‌های سیلانی (روانی) به عنوان معیاری از قابلیت اکسترود شدن است. به طور کلی با افزایش شاخص جریان مذاب، استحکام کششی، مقاومت پارگی، دمای نرم شدن و چقرمگی پلیمر کاهش می‌یابد.

امروزه در اسناد رسمی (استانداردها از قبیل ISO 1133 و ASTM D 1238) تغییرات زیر رخ داده است:

formerly: (MFI = Melt Flow Index) → currently: (MFR = Melt mass-Flow Rate)

formerly: (MVI = Melt Volume Index) → currently: (MVR = Melt Volume-flow Rate)

formerly: (MFR = Melt Flow Ratio) → currently: (FRR = Flow Rate Ratio)

شرایط تست بستگی به نوع پلیمر دارد. شاخص جریان پذیری مذاب پلیمرها یک اندازه‌گیری غیرمستقیم وزن مولکولی است که نرخ جریان پذیری مذاب برای همه پلیمرهای ترموپلاستیک با وزن مولکولی های مختلف را دربر می‌گیرد.

شرح و نحوه ی آزمایش:

در ابتدا دستگاه را حداقل 15 دقیقه در دمای انتخاب شده (^oC190) قرار می‌دهیم. سیلندر را با 3 تا 8 گرم از نمونه، با توجه به نرخ جریان مذاب پیش‎بینی شده پرمی کنیم. در طی پر نمودن سیلندر، مواد را توسط میله فشار دهنده و با استفاده از نیروی دست متراکم می‌نماییم. (جهت اطمینان از عدم حضور هوا در نمونه‌های حساس به تخریب اکسیداسیونی، پر نمودن مواد را در طی یک دقیقه به پایان برسانید.) با توجه به نرخ جریان مذاب مواد، پیستون را به همراه وزنه یا بدون آن، داخل سیلندر قرار می دهیم. اگر نرخ جریان جرمی مذاب، بالا (مثلا بیش از 10 گرم بر10 دقیقه) باشد، اتلاف مواد طی زمان پیش‎گرم کردن(pre_heat) قابل توجه خواهد بود. در چنین مواردی، در طول زمان پیش‎گرم کردن، از یک پیستون بدون وزنه و یا از وزنه‎ای کمتر از وزنه مورد نظر برای آزمون استفاده می کنیم. در پایان زمان پیش‎گرم کردن بار روی پیستون را به مقدار مورد نظریعنی  16/2 کیلوگرم میرسانیم.

چهار دقیقه پس از تغذیه کامل مواد به داخل سیلندر، که در طی آن دما بایستی به مقدار انتخاب شده برسد، اگر پیستون قبلاً تحت بار نبوده و یا تحت باری کمتر از مقدار موردنظر بوده است بار موردنظر را روی پیستون قرار می دهیم و اجازه می دهیم که پیستون تحت اثر نیروی وزن به سمت پائین حرکت کند تا یک رشته‌ بدون حباب از دستگاه خارج شود. با توجه به گرانروی نمونه، این کار ممکن است قبل یا بعد از بارگذاری انجام شود. زمان این عمل نباید از یک دقیقه تجاوز نماید. رشته خروجی از دای را با یک وسیله برش قطع کرده و دور می ریزیم. اجازه می دهیم که پیستون همچنان تحت اثر نیروی وزن به سمت پائین حرکت کند. زمانی که نشانه پائینی روی پیستون به لبه بالائی سیلندر رسید زمان‎سنج را استارت کرده و همزمان رشته خروجی را با وسیله مخصوص برش دوباره قطع می کنیم. سپس با توجه به نرخ جریان جرمی، در فواصل زمانی معین رشته را برش داده و جمع‎آوری میکنیم. طول هر رشته نباید کمتر از 10 میلی‌متر و بیشتر از 20 میلی‌متر باشد.

وقتی که نشانه بالائی روی پیستون به لبه بالائی سیلندر رسید برش نمونه‎ها را متوقف می کنیم. از نمونه‎های بریده شده‎ای که در آنها حباب هوا دیده می‎شود چشم‎پوشی می کنیم. تمامی نمونه‎های بریده شده باقی‎مانده (حداقل سه نمونه) را پس از سرد شدن با دقت نزدیک به یک میلی‎گرم وزن می کنیم و وزن متوسط آ‌نها را محاسبه می نماییم. اگر اختلاف بین حداکثر و حداقل وزن نمونه‎ها بیشتر از 15 درصد وزن متوسط آنها باشد، از نتایج صرف‎نظر کنید و مجدداً آزمون را با مواد جدید تکرارمی کنیم.

 نرخ جریان جرمی مذاب  با واحد گرم بر10 دقیقه به کمک رابطه زیر محاسبه می‎گردد

که در آن:

   C°    : دمای آزمایش برحسب درجه سلسیوس

     kg  : جرم اسمی برحسب کیلوگرم

      m : جرم متوسط رشته های قطع شده برحسب گرم

     t_ref : زمان مرجع (10 دقیقه)  بر حسب ثانیه (600 ثانیه)

        t : فواصل زمانی برش رشته ها برحسب ثانیه می باشد.

شرایط پیشنهادی برای تعیین جریان پذیری مذاب برخی از پلیمرهای رایج را طبق استاندارد ISO و ASTM

MFI یک ماده پلیمری به عواملی مثل توزیع وزن مولکولی، درصد کومونومر، درجه شاخه‌ای شدن زنجیر، بلورینگی و میزان انتقال حرارت در فرآورش ترموپلاستیک بستگی دارد. با افزایش MFI مواد، فرآیندپذیری آسان‎تر می‌شود اما خواص مکانیکی افت پیدا می‌کند. در مواد پلیمری MFI نسبت معکوس با ویسکوزیته دارد، به عبارتی  با افزایش میزان MFI، ویسکوزیته ماده پلیمری کاهش می‌یابد و بالعکس. با افزایش شاخص جریان مذاب (MFI)، استحکام کششی، مقاومت پارگی، دمای نرم شدن و چقرمگی پلیمر کاهش می‌یابد.

برای تغییر میزان MFI (کاهش یا افزایش) از مستربچ افزاینده یا کاهنده MFI استفاده می‌گردد. شرکت رخشان پلیمر صنعت تولید کننده   MFI modifire در پایه های  PPو  PEمی باشد.

 MFI  و MVR

MFI  میزان جریان پذیری  مذاب پلیمر است که بر حسب گرم در 10 دقیقه بیان می شود، در حالی که MVR (نرخ جریان حجمی مذاب) حجم مذابی است که جریان دارد و به صورت min/cm 3/10 دقیقه بیان می شود.  در واقع با ضرب MVR در چگالی مذاب مقدار MFI رامی‌توان به دست آورد.

منابع:

1. McKeen, L. “Introduction to the physical, mechanical, and thermal properties of plastics and elastomers.” The Effect of Sterilization Methods on Plastics and Elastomers; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands (2012): 57-84.
2. Bremner, T., A. Rudin, and D. G. Cook. “Melt flow index values and molecular weight distributions of commercial thermoplastics.” Journal of Applied Polymer Science41.7‐8 (1990): 1617-1627.
3. Shenoy, Aroon. Thermoplastic melt rheology and processing. CRC Press, 1996.
4. Wikipedia.or