소개
용융 흐름 지수(MFI, MFR, 용융 흐름 속도라고도 함)는 특정 조건에서 열가소성 폴리머의 유동성을 측정하는 데 널리 사용되는 방법입니다. 이 테스트는 지정된 온도와 하중에서 10분 동안 표준 금형을 통과하는 폴리머 용융 흐름의 양을 결정합니다. 용융 지수 테스트인 MI는 가공과 관련이 없을 수 있는 전단 속도에 대한 폴리머 재료의 유동 거동에 대한 정보를 제공합니다(애플리케이션 노트 329 [1] 참조). Rosand 모세관 레오미터로 얻은 넓은 전단 속도 범위의 유동 곡선은 폴리머 재료 품질 관리 및 공정 조정을 위한 지침과 함께 가공 중 폴리머 재료의 불리한 거동에 대한 이론적 지원을 제공합니다.
다음 시나리오를 상상해 보십시오:
고객: 저는 여러 배치의 폴리머 재료를 보유하고 있으며 공장 품질 관리의 모든 지표가 일관적입니다. 흐름 곡선이 동일하므로 유동성도 일정해야 합니다. 그러나 다운스트림 고객 피드백에 따르면 처리 중에 문제가 있는 것으로 나타났습니다. 일부 폴리머 배치는 정상적으로 블로우 성형이 가능한 반면, 동일한 블로우 성형 조건(온도, 압력, 공기 유량 등)에서 심각한 블로우 파손이 발생하여 심각한 비효율과 낭비를 초래하는 경우도 있었습니다.
이는 블로우 성형 공정 때문입니다. 블로우 성형 공정은 그림 1과 같이 세 가지 기본 단계로 구성됩니다:
- 패리슨 형성: 원료를 성형된 패리슨으로 가공(사출 또는 압출)한 다음 패리슨을 블로우 성형 금형에 넣습니다.
- 블로우 성형: 압축 공기를 패리슨에 주입하여 금형 벽에 단단히 밀착시킵니다.
- 제품 냉각: 제품이 냉각되고 굳을 때까지 인플레이션 압력이 유지됩니다.
두 번째 블로우 성형 단계에서는 재료가 전단 유동이 아닌 인장 유동 거동을 나타내므로 전단 점도 유동 곡선으로는 블로우 성형 거동을 완전히 평가할 수 없습니다. 여기에는 신장 점도가 필요합니다.
측정 조건 - 콕스웰 모델
로잔드 모세관 레오미터를 사용하면 전단 점도와 인장 점도를 동시에 얻을 수 있습니다. 폴리머 용융물이 긴 다이에 들어가면 전단력과 인장력을 모두 받지만, 용융물이 제로 다이에 들어가면 그림 2와 같이 인장력만 받습니다. 이 경우, 블로우 성형, 방사 및 이축 연신 필름 형성 성형을 포함하여 공정 중 연신 거동을 평가하는 데 사용할 수 있는 Cogswell 수렴 유동 모델에 따라 롱 다이와 제로 다이 모두에서 연신 점도를 계산할 수 있습니다.
콕스웰 모델은 다음과 같습니다:
표 1에 설명된 측정 조건에서 ABS 과립 샘플(그림 3)을 조사했습니다.
표 1: 측정 조건
| 기기 | 로잔드 트윈 보어 모세관 레오미터 |
| 샘플 | ABS(주성분, 개질 성분 미상) |
| 온도 | 210°C |
| 압력 센서 | 1000psi(왼쪽), 5000psi(오른쪽) |
| 다이 | 1:16(왼쪽); 1:0.25(오른쪽) |
| 테스트 모드 | 일정한 전단 속도 테스트, 트윈 보어(확장 점도를 얻기 위해 제로 다이 사용) |
측정 결과
NETZSCH 로샌드 트윈 보어 모세관 레오미터를 사용하면 전단 점도와 신장 점도를 동시에 얻을 수 있습니다. 그림 4는 210°C에서 두 개의 서로 다른 ABS 시료 배치에 대한 일반적인 전단 점도 흐름 곡선 결과를 보여줍니다. 전단 점도 곡선은 거의 동일하며 특정 전단 속도에서의 점도 값은 전단 얇아짐 정도와 마찬가지로 일정합니다. 그러나 두 배치의 블로우 성형 성능은 서로 달랐습니다. 배치 #1은 동일한 공정 조건에서 블로잉 파손이 발생하기 쉬웠습니다. 전단 점도 흐름 곡선에서 이 두 샘플은 차이가 없었습니다. 이는 블로우 성형이 더 많은 연신 거동을 수반하는 가공 형태이기 때문입니다. 따라서 일반적인 전단 점도 흐름 곡선으로는 이 가공 기술을 완전히 평가하기에 충분하지 않았습니다.
그림 5는 210°C에서 두 배치의 ABS 시료에 대한 신장 점도 흐름 곡선 결과를 보여줍니다. 전단 점도는 완전히 동일하지만 신장 점도는 큰 차이를 보였습니다. 1번 시료가 2번 시료보다 전체 연신 점도가 더 높게 나타났으며, 이 때문에 블로우 성형 중 1번 시료가 파손되기 쉬웠습니다. 연신 점도가 높을수록 동일한 조건에서 소재가 변형되기 어렵고, 이는 소재의 탄성이 더 강하고 연신율이 더 나빠진다는 것을 의미합니다. 따라서 블로우 성형 공정에서 연신율이 낮으면 소재가 쉽게 파손될 수 있습니다. 신장 점도의 차이는 시료의 다양한 분지 및 결정화 거동(특정 온도에서 폴리머의 핵 형성 속도에 영향을 줄 수 있는 무기 충전제의 균일성 등)에 의해 영향을 받을 수 있습니다.
결론
블로우 성형, 방사 또는 이축 연신 필름 형성 성형과 같은 연신 거동을 포함하는 경우 전단 점도 흐름 곡선은 특정 공정 중에 폴리머 재료의 흐름 거동을 완전히 반영하지 못하는 경우가 있습니다. Rosand 트윈 보어 모세관 레오미터( NETZSCH )는 한 번의 테스트에서 전단 및 신장 점도 흐름 곡선을 동시에 제공할 수 있으며, 신장 점도는 이러한 공정 중 연신 거동을 평가하여 폴리머 재료 품질 관리 및 공정 조정을 위한 지침을 제공할 수 있습니다.