Schmelzflussindex

Die Schmelze-Volumenfließrate (englisch MVR = Melt Volume-flow Rate oder ehemals und bis heute oft umgangssprachlich als Melt Volume Rate oder MVI = Melt Volume Index bezeichnet) dient zur Charakterisierung des Fließverhaltens (Formmassenprüfung) eines Thermoplasten bei bestimmten Druck- und Temperaturbedingungen. Die Bestimmung der Schmelze-Massefließrate erfolgt analog der Schmelze-Volumenfließrate und unterscheidet sich im Messergebnis durch die Schmelzedichte. Es ist ein Maß für die Viskosität einer Kunststoffschmelze. Daraus lässt sich auf den Polymerisationsgrad, also die mittlere Anzahl von Monomereinheiten in einem Molekül schließen.

Der MVR/MFR nach ISO 1133 wird mittels eines Kapillarrheometers ermittelt, wobei das Material (Granulat oder Pulver) in einem beheizbaren Zylinder aufgeschmolzen und unter einem durch die Auflagelast entstehenden Druck durch eine definierte Düse (Kapillare) gedrückt wird. Ermittelt wird das austretende Volumen bzw. Masse der Polymerschmelze (des sogenannten Extrudats) als Funktion der Zeit. Ein wesentlicher Vorteil der Schmelze-Volumenfließrate liegt in der einfachen Messung des Kolbenwegs bei bekanntem Kolbendurchmesser zur Bestimmung des ausgetretenen Schmelzevolumens. Im Gegensatz dazu müssen bei der Schmelze-Massefließrate die abgestochenen Schmelzestränge gewogen werden und es entsteht ein zusätzlicher Aufwand für die Handhabung.

$MVR={\frac {Volumen}{10\,\mathrm {min} }}$

oder

$MFR={\frac {Masse}{10\,\mathrm {min} }}$

Die Einheit für den MVR ist cm³/10 min, für den MFR g/10 min.

Beispiel: MFR/190/5 (Prüftemperatur 190 °C, Masse 5 kg) von Hostalen GM5010T2 (Polyethylen) = 0,4 – 0,7 g/10 min

Wird ein Kunststoff – beispielsweise durch Chemikalienangriff oder Strahlung – so geschädigt, dass ein Kettenabbau einsetzt, so verringert sich seine Schmelzviskosität und die Schmelze-Volumenfließrate steigt. Auch Materialverunreinigungen oder Fehler während der Verarbeitung können den MVR/MFR negativ beeinflussen. Der MVR/MFR sagt nur indirekt etwas über die Fließeigenschaften von Kunststoffen aus, er ist vielmehr ein Wert, der in der Qualitätssicherung Anwendung findet.

Hauptanwendungsgebiete der Schmelze-Volumenfließrate/Schmelze-Massefließrate

Produktionskontrolle
Wareneingangskontrolle
Schadensanalyse/Kundenreklamation

Typische Prüfbedingungen einiger Kunststoffe

	Prüflast/kg
Prüftemperatur/°C	0,325	1,2	2,16	3,8	5	10	21,6
125	EVA
150			EVA
190			PE EVA POM		PE PP		PE WPC
200					PS
220						ABS SAN ASA
230			PP	PMMA	PP PVDF
235			PA-12 PA-11		PA-12 PA-11	PA-11
250			PBT
260			PBT		PMP	PMMI
275					PA
280		PPE/PS	PET PPE/PS	PPE/PS	PPE/PS
300		PC	PPE/PS		PA-GF PPE/PS	PPE/PS
315					PPS
330			PC			PA6T
340			PC			PEI
343			PSU
360						PES PPSU PSU
400			PES PPSU PEEK

Quellen: DIN Taschenbuch Thermoplastische Formmassen, CAMPUS-Datenbank, Werkstoffdatenblätter der Hersteller

Messunsicherheit

Zur Schmelze-MasseFließrate (MFR) stehen Ringversuchsdaten zur Verfügung. Die Vergleichstandardabweichung s_R ist in einem breiten Bereich linear von der MFR abhängig. Ihr relativer Wert – s_R,rel – kommt je nach Werkstoff gewöhnlich zwischen 3 und 8 % zu liegen. Deutlich höhere s_R,rel-Werte werden jedoch für die meisten Polykondensate beobachtet, wenn die Probe nicht nach ISO 1133-2 vorbehandelt wird. Ringversuchsdaten, die auf Polykondensaten mit geeigneter Probenvorbehandlung basieren, liegen noch nicht vor. s_R ist ein guter Schätzwert für die Standardunsicherheit u.[1]

Literatur

Otto Schwarz: Kunststoffkunde, Würzburg: Vogel Verlag, 2005, ISBN 3-8023-1987-7
Walter Hellerich; Günther Harsch; Siegfried Haenle: Werkstoff-Führer Kunststoffe: Eigenschaften, Prüfungen, Kennwerte, Hanser Fachbuchverlag München, 2004, ISBN 3-446-22559-5
ISO 1133 (DIN EN ISO 1133) Bestimmung der Schmelze-Massefließrate (MFR) und der Schmelze-Volumenfließrate (MVR) von Thermoplasten
ISO 1133-2 (DIN EN ISO 1133-2) Kunststoffe – Bestimmung der Schmelze-Massefließrate (MFR) und der Schmelze-Volumenfließrate (MVR) von Thermoplasten – Teil 2: Verfahren für Materialien, die empfindlich gegen ein zeit- bzw. temperaturabhängige Vorgeschichte und/oder Feuchte sind

Einzelnachweise

Bruno Wampfler, Samuel Affolter, Axel Ritter, Manfred Schmid: Messunsicherheit in der Kunststoffanalytik - Ermittlung mit Ringversuchsdaten. Hanser, München 2017, ISBN 978-3-446-45286-2, S. 83–84.

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[1] Bruno Wampfler, Samuel Affolter, Axel Ritter, Manfred Schmid: Messunsicherheit in der Kunststoffanalytik - Ermittlung mit Ringversuchsdaten. Hanser, München 2017, ISBN 978-3-446-45286-2, S. 83–84.