งานในกลุ่มอุตสาหกรรมพลาสติก เม็ดพลาสติกถือเป็นหัวใจของกลุ่มอุตสาหกรรมนี้ เนื่องจากจะต้องใช้เม็ดพลาสติกมา มาผ่านกระบวนการต่างๆเพื่อให้ได้คุณสมบัติตามที่เราต้องการ เช่น ความแข็งแรง ทนทาน เหนียว ยืดหยุ่น ทนต่อการกัดกร่อน ขึ้นรูปได้ดี ดังนั้นเม็ดพลาสติกถือเป็นวัสดุเบื้องต้นในการเริ่มกระบวนการผลิตเลยทีเดียว
ปัจจุบันเม็ดพลาสติกส่วนใหญ่ที่ขายในบ้านเรามี 3 ลักษณะ
1.ผลิตจากกระบวนการกลั่นน้ำมันภายในประเทศ
2.นำเข้ามาจากต่างประเทศ
3.ได้จากการ Recycle
ซึ่งราคาก็เป็นไปตามเกรดต่างๆของเม็ดพลาสติกแต่ละชนิด ซึ่งเมื่อเราได้ซื้อมาแล้วทางผู้จำหน่ายจะมีใบ Certificate ของวัศดุมาให้เราเพื่อบอกถึงคุณสมบัติต่างๆของเม็ดพลาสติกชนิดนั้น
"โรงงานใน 1 วันเราต้องใช้เม็ดพลาสติกเป็นวัตถุดิบในการผลิต ฟิล์ม,พลาสติกแผ่น,ขวด,ถ้วย และ อื่นๆ แต่วัตถุดิบซึ่งก็คือ เม็ดพลาสติก มีคุณสมบัติไม่ตรงตามที่เครื่องจักรใช้ผลิตได้ การสูญเสียที่จะเกิดก็คือเราต้องส่งคืนหรือทิ้งเม็ดพลาสติกเหล่านั้น และอาจตามมาด้วยความเสียหาย คือต้องหยุดเครื่องจักรเพื่อรอเม็ดพลาสติกใหม่หรือถ้าเม็ดพลาสติกที่ใส่เข้าไปในเครื่องจักร หรือ extruder ทำให้เครื่องจักรเสียหายใช้การไม่ได้ต้องหยุดเครื่องจักรเพื่อซ่อมแซม ขาดรายได้ ต้นทุนการผลิตเพิ่ม ขาดทุน"
ทำอย่างไรถึงจะลดความเสียงนี้ได้ โดยในที่นี้ผมจะใช้ใช้เครื่องมือทดสอบหาค่าดัชนีการไหล เพื่อลดปัญหานี้
วันนี้ผมจะมาพูดถึงค่า 1 ค่าที่อยู่ใน Certificate ของเม็ดพลาสติก
MFI ( Melt Flow Index) MFR (Melt Flow Rate ) คือดัชนีการหลอมไหลของเม็ดพลาสติก
โดยแสดงผลเป็นดัชนีการไหลในหน่วยของ g/10 min
MVR (Melt Volume Rate ) คือปริมาตรการไหลของเม็ดพลาสติก
มีหน่วยเป็น Volume (cc/10mins) * Melt Density(g/cc)
หลัการทำงาน
เป็นการทดสอบคุณสมบัติการไหลตัวของพลาสติกเหลวจำพวก Thermoplastics ตามมาตรฐาน DIN 53735 ASTM D 1238 และ ISO 1133 (MFR, Melt Flow Rate) การทดสอบนี้จะคล้ายกับการ Extrusion คือเป็นการหลอมเหลวพลาสติกในกระบอกทดสอบ (cylinder) ด้วยอุณหภูมิที่กำหนดแล้วใช้น้ำหนักกดตามค่าที่กำหนดเช่นกันกดลงบนแท่งกด(Piston) โดยให้แท่งกดกระทำกับพลาสติกเหลวที่อยู่ในกระบอกทดสอบ พลาสติกเหลวก็จะไหลผ่านหัวดายน์ออกมา หลังจากนั้นก็นำพลาสติกที่ไหลอกมาไปชั่งน้ำหนักเทียบกับเวลา 10 นาที เราก็จะได้ค่าของ MFI ของพลาสติก ซึ่งมีหน่วยเป็น กรัม /10 นาที
เครื่องทดสอบหาอัตราการไหลนอกจากใช้หาค่าอัตราการไหลของพลาสติกแล้วยังใช้เป็นกระบวนการทางอ้อมในการบอกค่าน้ำหนักของโมเลกุลของเม็ดพลาสติก (molecular weight)ได้ ถ้าเม็ดพลาสติกที่ทดสอบหา melt flow rate มีค่า สูงก็แสดงว่าเม็ดพลาสติกนั้นมีค่า molecular weight ต่ำ และขณะเดียวกัน melt flow rate ยังบอกถึงความสามารถในการหลอมไหลของวัสดุภายใต้แรงดัน. ในทางกลับกัน melt flow rate ยังใช้ในการวิเคราะห์หาค่าความหนืดของวัสดุภายใต้สภาวะการรับแรงต่างๆ อัตราส่วนระหว่างค่าการทดสอบหา melt flow rate 2 ครั้ง ที่ค่าน้ำหนักต่างกันก็นำไปหาค่าการกระจายตัวของน้ำหนักโมเลกุลของพลาสติกหรือ molecular weight distribution.
เครื่องทดสอบหา MFI มีการทำงานเหมือนกับ rheometerแต่เป็นการทดสอบพลาสติกภายใต้เงื่อนไข การกำหนดแรงเฉือนต่ำ (low shear).ถึงแม้ว่าค่า shear stress หรือ shear rate ที่กำหนดหรือทดสอบจะมีค่าต่ำมากเมื่อเทียบกับค่าที่ใช้ในกระบวนการผลิต แต่ก็ยังนำไปใช้ประโยชน์ในการกำหนดหรือเลือกใช้วัสดุในกระบวนการผลิตได้ ค่า MFR ที่สูงแสดงว่ามีความสามารถในการหลอมไหลได้ง่ายหรือนำไปใช้ในกระบวนการผลิตที่ต้องการ shear rate สูงเช่น กระบวนการขึ้นรูปด้วยการฉีด(Injection molding) ค่า MFR ใช้แสดงค่าของ molecular weight ของพลาสติก และ ค่าความแข็งแรงทางกล(mechanical strength)ได้ด้วย
เครื่องทดสอบหา MFI นอกจากจะใช้หาค่า MFR,MFI หรือ MI เรายังใช้หาค่าคุณสมบัติอื่นๆของพลาสติกได้อีก เช่น
ค่าความสัมพันธ์ระหว่าง shear stress กับ shear rate
Die Swell or swelling ratio, คืออัตราส่วนทางคณิตศาสตร์ ระหว่าง เส้นผ่านศูนย์กลางของพลาสติกที่ไหลออกและเย็นตัวที่อุณหภูมิปกติ กับขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของ die ค่าของ die swell จะสำคัญมากต่อกระบวนการขึ้นรูปงานท่อ
(pipe extrusion) และ งานขึ้นรูปเป่าขวด (blow molding)
Draw Down คือพฤติกรรมที่พลาสติกหลอมไหลที่ออกมาจาก die (polymer extrudate) มีการยืดตัวโดยค่าน้ำหนักของตัวมันเอง ซึ่งพฤติกรรมนี้จะเป็นตัวบอกว่าพลาสติกมีคุณสมบัติดีพอที่จะนำไปใช้ในกระบวนการขึ้นรูปขวด (blow molding) หรือไม่
เครื่องทดสอบ MFI ถูกออกแบบเพื่อใช้ทดสอบหาค่า MFI ตามมาตรฐาน ISO 1133 และ ASTM D 1238 ISO1133 ซึ่งเข้ามาแทนที่ของมาตรฐานของประเทศต่างๆเช่น DIN 53735 (Germany), NF: 51-106 (France), UNI 5640-74 (Italy) U NE 53098 (Spain).
เครื่องทดสอบ MFI มีส่วนประกอบและการทำงานคือ เป็นเครื่องทดสอบหาคุณสมบัติการไหลของพลาสติกโดยการรีดผ่านรูมาตรฐาน (standard die) แรงที่ใช้ในการรีด (extrude) ได้จาก ตุ้มน้ำหนัก กดผ่าน piston ไปยังพลาสติกที่ได้รับความร้อนจนหลอมไหล โดยความร้อนจะถูกควบคุมด้วยตัวควบคุมอุณหภูมิพลาสติกที่ได้รับความร้อนจะหลอมไหลผ่าน die มาตรฐาน ด้วยแรงกดจากตุ้มน้ำหนัก มีการทดสอบหาค่า MFI อยู่ 2 วิธี
วิธีที่ 1 manual cut-off (Procedure A) วิธีนี้เหมาะกับพลาสติกที่มีค่า MFR อยู่ระหว่าง 0.15 ถึง 25 g/10mins หรือใช้สำหรับการเปรียบเทียบระหว่าง พลาสติกทัวไปกับพลาสติกที่เติมสาร
วิธีที่ 2 automatic method (Procedure B) วิธีนี้จำเป็นจะต้องทราบค่า melt density เพื่อประกอบในสมการ คำนวณหาค่า MFI,โดยการหาค่าปริมาตรของพลาสติกหลอมไหลต่อเวลา(Melt Volume Rate,MVR) AFRT เป็นอุปกรณ์เสริมเพื่อช่วยวัดหาระยะการเคลื่อนที่ของ piston นำมาคำนวณ Melt Volume Rate,MVR ภายระยะที่กำหนดโดยอัตโนมัติ วิธีทดสอบ B เหมาะกับการทดสอบหาค่า MFI ตั้งแต่ 0.5 ถึง 900g/10mins.(ตาม ISO 1133 กำหนดให้ทดสอบได้ถึง 100g/10mins )
ขั้นตอนการทดสอบ
1. ถ้าเครื่องยังไม่เปิดใช้งาน ตรวจสอบการตั้งวางเครื่องให้ได้ระดับ โดยวางระดับน้ำที่ด้านบนของ
barrel ปรับขาตั้งวางเครื่องให้ระดับน้ำอยู่ตรงกึ่งกลาง เอาระดับน้ำออก
2. เปิดเครื่องทดสอบตั้งระดับอุณหภูมิที่กำหนดตามค่าประเภทของเม็ดพลาสติก
3. เมื่ออุณหภูมิถึงจุดที่ตั้งและคงที่ ใส่ die และ Piston เข้าไปใน bore รอจนอุณหภูมินิ่งอีกครั้ง
4. ดึง Piston ออก ใส่ตัวอย่างทดสอบตามปริมาณในตารางเข้าไปใน bore ทีละน้อยจะหมด ระหว่างที
ใส่ตัวอย่างทดสอบให้ใช้ charging tool กดไล่อากาศจากตัวอย่างทดสอบ การใส่ตัวอยางทดสอบ
และ pac ควรใช้เวลาไม่เกิน1 นาที
5. ใส่ Pistonพร้อมกับตัวค้ำยัน (piston support sleeve) และรอจนครบเวลา preheat (ประมาณ4-6
นาที)
6. วางตุ้มน้ำหนักตามค่าจากตารางบน Piston จะมีพลาสติกหลอมไหลเริ่มออกมาจาก die
7. ห้ามทำการกดตุ้มน้ำหนักหลังจากครบเวลา preheat แล้ว
วิธีทดสอบตาม Method A
1 นำ piston support sleeve ออก เริ่มการทดสอบ
2. ขณะที่ piston เลื่อนลงจนขีดของ scribed mark ตัวล่างอยู่ในระดับเดียวกับขอบบน
ของ barrel ตัดพลาสติกที่ไหลออกจาก die ออกและเริ่มจับเวลา
3. ตัดพลาสติกที่ไหลออกอีกครั้งเมื่อครบเวลาการตัดตามตาราง
4. ในการทดสอบสามารถทำการทดสอบได้มากกว่า 1 ครั้งแต่ต้องอยู่ในช่วงของ scribed marks
วิธีทดสอบตาม Method B
ก่อนการทดสอบ ให้กำหนดค่าระยะของการวัดของ AFRT หรือ ตัววัดระยะ
2. นำ piston support sleeve ออก เริ่มการทดสอบ
3. ขณะที่ piston เลื่อนลงจนขีดของ scribed mark ตัวล่างอยู่ในระดับเดียวกับขอบบนของ barrel เครื่องทดสอบ MFI จะเริ่มจับเวลาโดยอัตโนมัติ และจะหยุดเมื่อถึงระยะที่ตั้ง
4. ค่าที่ได้จากการทดสอบนี้จะเป็นค่า MVR มีหน่วยเป็น CC/10 mins
การคำนวณค่าและรายงานผล Method A
1. ชั่งพลาสติกหลอมไหลที่ตัดไว้ สังเกตที่พลาสติกต้องไม่มีฟองอากาศภายอยู่ใน
2. คำนวณหาค่าเฉลี่ยจากค่าน้ำหนักของพลาสติกหลอมไหลทั้ง 3 ชิ้น
3. คำนวณค่า MFR จากสมการ:
MFR= 10W /T
where:
MFR = ค่าดัชนีการหลอมไหล (Melt Flow Rate in grams / 10 minutes.)
W = ค่าน้ำหนักเฉลี่ยของพลาสติกหลอมไหล.(everage weigh of extrudated in gram)
T = ช่วงเวลาที่ตัดของพลาสติกหลอมไหล (the extrusion time per sample in minutes).
4. รายงานค่า MFI พร้อมทศนิยม 2 ตำแหน่ง พร้อมข้อมูลของการทดสอบ เช่น อุณหภูมิ และ
ตุ้ม น้ำหนักทดสอบ
ρ = m / 0.711X L
where:
ρ = ค่าความหนาแน่น (melt density,g/cm3)ของพลาสติกที่อุณหภูมิทดสอบ
m = ค่าเฉลี่ยของน้ำหนัก (g) ของพลาสติกหลอมไหลที่ตัดตาม Method A.
L = ระยะการเคลื่อนที่ของ Piston (mm.) จากการวัดของ AFRT หรือ
จากตัววัดระยะ Piston ของเครื่องนั้นๆ ตาม Method B.
หมายเหตุ ค่า melt density ที่คำนวณได้นี้จะไม่เท่ากับการวัดค่า density ที่อุณหภูมิปกติ (23 C) จาก
การวัดด้วย density gradient ตามมาตรฐาน ASTM D1505 เช่นถ้าใช้เม็ดพลาสติก หมายเลข GD
6250 ของ "Hostalen" ที่มีค่า MFI เท่ากับ 1.0 ถึง 1.1g/10 mins มาทำการทดสอบหาค่า melt
density จะได้ ค่า melt density เท่ากับ 0.760 ที่อุณหภูมิ 190 C ในขณะที่วัดค่า density ที่อุณหภูมิ 23C
ด้วยเครื่อง Density gradient column จะได้ค่า density เท่ากับ 0.947
Temperature
|
Total Load
Including Piston
|
|
Condition
|
|
|
Test method applied
|
|
°C
|
g
|
ASTM D1238
|
ISO 1133 No
|
ISO1133 Code
|
ASTM
|
ISO
|
DIN
|
125
|
325
|
A
|
-
|
-
|
PE
|
|
|
125
|
2160
|
B
|
-
|
-
|
PE
|
|
|
150
|
2160
|
C
|
2
|
B
|
|
EVA
|
|
190
|
325
|
D
|
3
|
C
|
PE
|
|
PE,PP
|
190
|
2160
|
E
|
4
|
D
|
PE,POM
|
PE,EVA
|
PE
|
190
|
21600
|
F
|
7
|
G
|
PE
|
PE
|
PE,ABS(200C)
|
200
|
5000
|
G
|
8
|
H
|
PS,ABS
|
PS
|
PS
|
230
|
1200
|
H
|
11
|
L
|
PS,PMMA
|
|
PS,PMMA,PA(235C)
|
230
|
3800
|
I
|
13
|
N
|
PS,PMMA
|
|
PS,PMMA
|
265
|
12500
|
J
|
-
|
-
|
CTFE
|
|
|
275
|
325
|
K
|
-
|
-
|
PA
|
|
PA
|
230
|
2160
|
L
|
12
|
M
|
PP
|
PP
|
PP,PA
|
190
|
1050
|
M
|
5
|
E
|
POM
|
|
|
190
|
10000
|
N
|
6
|
F
|
PE
|
|
PP,PS,ABS(220c),PMMA(200C)
|
300
|
1200
|
O
|
-
|
-
|
PC
|
|
PC
|
190
|
5000
|
P
|
18
|
T
|
|
PE
|
PE,PP
|
235
|
1000
|
Q
|
-
|
-
|
PA
|
|
|
235
|
2160
|
R
|
-
|
-
|
PA
|
|
|
235
|
5000
|
S
|
~20
|
V
|
PA
|
PP(230C)
|
PP(230C)
|
250
|
2160
|
T
|
-
|
-
|
PTP
|
|
|
310
|
12500
|
U
|
-
|
-
|
PE
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ABS,SAN
|
PA:230 C,325g;235 C,325g
|
|
|
|
|
|
|
220 C 10000g
|
PC: 300 C,5000g
|
ค่าโดยประมาณ เมื่อเลือกใช้อุณหภูมิ ต่างกัน
Temperature(C)
|
LDPE
|
HDPE
|
Polybutene-1
|
polypropylene
|
120
|
0.797
|
-
|
0.806
|
0.880
|
130
|
0.791
|
-
|
0.800
|
0.872
|
140
|
0.785
|
-
|
0.794
|
0.864
|
150
|
0.780
|
0.780
|
0.787
|
0.852
|
160
|
0.777
|
0.777
|
0.780
|
0.840
|
170
|
0.770
|
0.770
|
0.774
|
0.819
|
180
|
0.765
|
0.765
|
0.767
|
0.758
|
190
|
0.760
|
0.760
|
0.760
|
0.754
|
200
|
0.755
|
0.755
|
0.754
|
0.750
|
210
|
0.748
|
0.748
|
0.7746
|
0.746
|
220
|
0.744
|
0.744
|
0.740
|
0.742
|
230
|
0.738
|
0.738
|
0.733
|
0.738
|
240
|
0.733
|
0.733
|
0.726
|
0.734
|
250
|
0.737
|
0.727
|
0.719
|
0.730
|
ขอขอบคุณข้อมูลจากบริษัทอินโทรเอ็นเตอร์ไพรส์จำกัด www.intro.co.th.
