อัตราการหลอมไหลเป็นการวัดค่าความง่ายในการไหลของพลาสติกหลอมเหลวและถือเป็นวิธีหรือดัชนีที่ใช้ในการควบคุมคุณภาพของเทอร์โมพลาสติก เริ่มต้นนั้นถูกเรียว่าดัชนีการหลอมไหล(Melt Flow Index) หรือ ดัชนีการหลอมเหลว (Melt Index) และมักใช้กับพอลิเอทิลีน แต่ก็ใช้เรียกได้สำหรับวัสดุอื่น แต่มาตรฐานการทดสอบในปัจจุบันจะเรียกว่า อัตราการไหลของมวลขณะหลอมเหลวหรือ MFR ซึ่งหมายถึงอัตราไหลของมวลที่มีหน่วยวัด (หน่วยเอสไอ) คือ กรัม/10 นาที นอกจากนี้อาจจะมีการวัดค่าอัตราการไหลของปริมาตรที่มีหน่วยวัด (หน่วยเอสไอ) คือ ลูกบาศก์เซนติเมตร/10 นาที ที่เรียกกว่า อัตราการหลอมไหลเชิงปริมาตร หรือ MVR หากนำค่า MVR คูณด้วยค่าความหนาแน่นของพลาสติกหลอม (ความหนาแน่นของวัสดุในสภาพหลอมเหลว) จะได้ค่า MFR
โดยทั่วไปแล้วเครื่องทดสอบอัตราการหลอมไหลนั้นจะมีขนาดกะทัดรัดและง่ายต่อการใช้งาน หลักการทำงานพื้นฐานได้แก่การทำให้ตัวอย่างเทอร์โมพลาสติก (เริ่มต้นอยู่ในรูปของเม็ด,ผง หรือชิ้นย่อย) เปลี่ยนเป็นของไหลด้วยความร้อนและให้แรงกระทำเพื่อให้ไหลออกจากกระบอกผ่านออกไปยังหัวดายแคปิลลารี ลูกสูบสำหรับการรีดจะถูกกดด้วยตุ้มน้ำหนัก (ไม่เกิน 21.6 กิโลกรัม) ค่า MFR (และ MVR) จะถูกวัดค่าภายใต้สภาวะมาตรฐานของอุณหภูมิและแรงกระทำซึ่งกำหนดขึ้นสำหรับแต่ละประเภทของวัสดุ นอกจากนี้มักกำหนดให้ใช้หัวดายที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใน 2.095 มม. และยาว 8 มม. ในการรายงานผลการทดสอบจะต้องมีการระบุสภาวะการทดสอบเนื่องจากมีผลต่อผลการทดสอบที่ได้
ค่า MFR และ MVR นั้นมักถูกใช้งานในห้องปฎิบัติการควบคุมคุณภาพและควบคุมกระบวนการผลิต ขั้นตอนพื้นฐานได้แก่การจับเวลา, การตัด และการชั่งน้ำหนักของวัสดุที่ถูกรีดออกมาซึ่งจะนำไปคำนวณค่า MFR ได้โดยตรง ส่วนการใช้ขั้นตอนกึ่งอัตโนมัติที่มีใช้งานในเครื่องทดสอบรุ่นใหม่จะตั้งอยู่บนพื้นฐานของการวัดค่าการเคลื่อนที่ของลูกสูบซึ่งจะให้ค่าของ MVR ได้โดยตรง ค่าความหนาแน่นของพลาสติกหลอมนั้นสามารถป้อนเข้าหรือวัดค่า ทำให้สามารถคำนวณค่า MFR ได้เช่นกัน ขั้นตอนกึ่งอัตโนมัติดังกล่าวจะให้ค่าความแม่นที่สูงกว่าและใช้งานในการทดสอบที่อัตราการไหลช่วงกว้างมากกว่า นอกจากนี้ยังมีวิธีการทดสอบที่ก้าวหน้ามากกว่าซึ่งเป็นการให้แรงกระทำหลายค่าในหนึ่งการทดสอบซึ่งแต่ละค่าแรงจะให้ค่า MFR(MVR) ค่าหนึ่ง วิธีการดังกล่าวเรียกว่า การทดสอบแบบหลายน้ำหนัก (multiweight test) และช่วยให้ข้อมูลเสริมสำหรับตัวอย่างทดสอบ อีกทั้งยังให้ทราบถึงค่าความหนืดที่ขึ้นกับการเฉือน การวัดค่า MFR ด้วยการใช้น้ำหนักค่าเดียวจะสามารถเชื่อมโยงกับค่ามวลโมเลกุลเฉลี่ยได้ในขณะที่ค่าที่ขึ้นกับการเฉือนจะขึ้นอยู่กับการกระจายตัวของมวลโมเลกุล
อัตราการหลอมไหลถือเป็นเครื่องมือที่ใช้งานได้อย่างรวดเร็วในการเปรียบเทียบแต่ละชุดการผลิตของวัสดุประเภทเดียวกันหรือประมาณค่าสมบัติการไหลของวัสดุต่างประเภท (โดยทั่วไปสำหรับกระบวนการรีดพลาสติก) เมื่อความเข้าใจในสมบัติของวัสดุไม่มีความจำเป็น การทดสอบสมบัติทางรีโอโลยีที่แท้จริงนั้นควรจะใช้เครื่องรีโอมิเตอร์ อัตราการหลอมไหลนั้นจะเป็นสัดส่วนกลับกับค่าความหนืดเฉือน แต่มักจะไม่ใช้ในการวัดค่าดังกล่าว (ให้ค่าประมาณเท่านั้น)
อ้างอิง
- ISO 1133:2005 "Plastics - Determination of the Melt Mass-Flow Rate (MFR) and Melt Volume-Flow Rate (MVR) of Thermoplastics”
- ASTM D1238-10 "Standard Test Method for Melt Flow Rates of Thermoplastics by Extrusion Plastometer“