Melt flow index (MFI): wat de MFI-test meet en hoe je de waarde leest

Wat is de melt flow index?

De melt flow index is de massa gesmolten thermoplast, in gram, die in 10 minuten door een gestandaardiseerde opening stroomt bij een vaste temperatuur en een vast gewicht. De eenheid is g/10 min. De test wordt uitgevoerd op een melt flow indexer, ook extrusieplastometer genoemd.

Melt flow index (MFI), melt flow rate (MFR), melt index (MI) en het Nederlandse meltindex of smeltindex zijn namen voor hetzelfde getal. Het getal is een indirecte maat voor de smeltviscositeit. Hoe hoger de MFI, hoe dunner de smelt en hoe korter gemiddeld de molecuulketens.

Wat is het verschil tussen melt flow index, melt flow rate en MVR?

Het verschil tussen melt flow index en melt flow rate is alleen de naam: MFR is de term uit ISO 1133, MFI de oudere term uit de ASTM-praktijk. In datasheets en op de werkvloer lopen beide door elkaar. Voluit heet de MFR melt mass-flow rate, omdat er een massa wordt gemeten.

MVR staat voor melt volume-flow rate en meet een volume in plaats van een massa, in cm³/10 min. De MVR volgt uit de verplaatsing van de zuiger en hoeft dus niet gesneden en gewogen te worden. Beide waarden hangen samen via de smeltdichtheid: MFR = MVR × smeltdichtheid bij de testtemperatuur.

De MVR is vooral nuttig bij gevulde compounds, waar de dichtheid per batch kan verschillen en een massameting daardoor minder zegt over het vloeigedrag.

Daarnaast bestaat de flow rate ratio (FRR): de MFR bij een hoge belasting gedeeld door de MFR bij een lage belasting, bijvoorbeeld 21,6 kg tegenover 2,16 kg. De waarde bij 21,6 kg heet ook wel high load melt index (HLMI) en wordt gebruikt voor zeer viskeuze grades.

Hoe werkt een MFI-test?

Een MFI-test werkt door een gesmolten kunststof onder een vast gewicht door een die met een diameter van 2,095 mm en een lengte van 8,000 mm te persen. De melt flow indexer bestaat uit een verwarmde cilinder, een zuiger, een gewichtenset en die die aan de onderkant van de cilinder zit.

Je brengt de cilinder op temperatuur, vult hem met korrels of poeder en stampt het materiaal aan zodat er geen lucht ingesloten blijft. Na een voorverwarmtijd van circa 5 minuten plaats je het gewicht op de zuiger. De smelt stroomt dan door de die naar buiten en vanaf dat moment begint de meting.

Procedure A en Procedure B

Procedure A is een massameting: je snijdt het extrudaat op vaste tijdintervallen af, weegt de stukken en rekent terug naar 10 minuten. De formule is MFR = (600 / t) × m, met t de snijtijd in seconden en m de massa van het extrudaat in gram. Meestal neem je het gemiddelde van meerdere snedes.

Procedure B is een verplaatsingsmeting: het apparaat meet hoe ver de zuiger in een bepaalde tijd zakt, over een traject van 6,35 mm bij lage flow of 25,4 mm bij hoge flow. Dat levert direct de MVR, en met de smeltdichtheid ook de MFR. Moderne apparaten voeren beide procedures in één run uit.

Welke testcondities gelden per kunststof?

Per kunststof gelden vaste testcondities, omdat elke thermoplast een eigen smeltgebied heeft en dezelfde temperatuur bij het ene materiaal te heet en bij het andere te koud zou zijn. De condities staan in ISO 1133-1 en ASTM D1238, en de materiaalnorm of het datasheet van de leverancier is altijd leidend. Gangbare combinaties zijn:

• PE-LD en PE-HD: 190 °C bij 2,16 kg
• PP: 230 °C bij 2,16 kg
• PS: 200 °C bij 5 kg
• ABS: 220 °C bij 10 kg
• PC: 300 °C bij 1,2 kg
• POM: 190 °C bij 2,16 kg

Een MFI-waarde zonder condities is daarom betekenisloos. Noteer een resultaat altijd als bijvoorbeeld "MFR 190 °C/2,16 kg = 4 g/10 min". Voor materialen die gevoelig zijn voor vocht of voor de tijd die ze op temperatuur staan, zoals PET, beschrijft ISO 1133-2 een aangepaste methode met strakkere tijdsvensters.

Hoe lees je een MFI-waarde?

Een MFI-waarde lees je als een maat voor hoe gemakkelijk de smelt stroomt: een hoge waarde betekent een lage viscositeit en een laag molecuulgewicht, een lage waarde betekent een taaie smelt met lange ketens. Een grade met MFI 30 vult een dunwandige spuitgietmatrijs makkelijker dan een grade met MFI 4, maar levert doorgaans ook een minder sterk product.

Daarom vraagt spuitgieten meestal om een hogere MFI en vragen extrusie, blaasfolie en buis om een lagere. Bij extrusie moet de smelt zijn vorm vasthouden tot hij gekoeld is, en daarvoor is smeltsterkte nodig. Drukbuis van PE-100 zit bijvoorbeeld doorgaans onder 0,5 g/10 min.

De tweede manier om de waarde te lezen is als degradatiecheck. Elke verwerkingsstap kan ketens breken door warmte en afschuiving, en dat verhoogt de MFI. Meet je de grondstof en het verwerkte product onder dezelfde condities, dan laat het verschil zien hoeveel het materiaal heeft geleden.

Bij recyclaat is dat effect het grootst, omdat het materiaal al meerdere cycli achter de rug heeft. Een recycler die korrels met een constante MFI wil leveren, ziet daarom vaak schommelingen tussen batches. Komt het labresultaat pas na uren binnen, dan heeft de lijn al die tijd buiten specificatie gedraaid.

Wat zegt de melt flow index niet?

De melt flow index zegt niets over het vloeigedrag bij de afschuifsnelheden van een echte machine. De test meet bij één lage afschuifsnelheid, in de orde van 10 s⁻¹, terwijl spuitgieten en extrusie het materiaal blootstellen aan 10² tot 10⁴ s⁻¹. Twee grades met dezelfde MFI kunnen zich in de matrijs dus verschillend gedragen, omdat ze verschillend afschuifverdunnend zijn.

Daarom vergelijk je MFI-waarden alleen binnen dezelfde polymeerfamilie en onder identieke condities. Een PE van 190 °C/2,16 kg naast een PP van 230 °C/2,16 kg leggen zegt niets. Wil je de viscositeit over het hele bereik van afschuifsnelheden kennen, dan heb je een capillaire reometer nodig, die een volledige vloeicurve meet in plaats van één punt.

Kun je de melt flow index inline meten?

De melt flow index kun je inline meten door een inline reometer in de productielijn te plaatsen, zodat je niet hoeft te wachten op een labmonster. Het apparaat meet continu de viscositeit van de smelt en rekent die om naar een MFI-waarde. Je ziet dus direct wanneer een batch gaat afwijken.

Die meting kun je ook laten sturen. Door de inline reometer te koppelen aan een procescontroller en een doseerunit ontstaat een regelkring die additieven bijdoseert zodra de MFI uit het ingestelde venster dreigt te lopen. Hoe die opstelling met de Smart MFI Controller werkt, lees je in een apart artikel.

Waar gaat een MFI-test in de praktijk mis?

Een MFI-test gaat in de praktijk vooral mis op voorbereiding, niet op het apparaat. Vocht in het monster, ingesloten lucht door slecht aanstampen en resten van een vorige test in de cilinder geven allemaal een afwijkende waarde. Een versleten die laat meer materiaal door en geeft een te hoge MFI.

Ook de tijd speelt mee. Blijft het materiaal te lang op temperatuur staan, dan degradeert het in de cilinder en meet je een waarde die niets meer met de batch te maken heeft.

Bij Procedure A komt daar de snijfout bij: onregelmatig snijden geeft onregelmatige massa's, en daarmee een spreiding die uit de operator komt en niet uit het materiaal.

De melt flow index meten met Rokoma

Wil je de melt flow index zelf meten, dan levert Rokoma de Dynisco melt flow indexers LMI 5500 en LMI 6000. Beide apparaten testen volgens ISO 1133-1 en 1133-2 en ASTM D1238, en geven naast de MFR ook de MVR, de schuifspanning, de schijnbare viscositeit en de smeltdichtheid.

Twijfel je over de juiste condities voor jouw materiaal, over Procedure A of B, of over de stap van labtest naar inline meten? Bel of mail, dan krijg je een technicus aan de lijn die de test met je doorneemt.