(2013年11月26日发布)
--在制造业供应链中有两个环节需要测定平均分子量(MW):首先是材料首次送达注塑商时,其次是注塑成型后。
熔体流动速率(MFR)测试应如何应用?在制造业供应链中有两个环节需要测定平均分子量(MW):首先是材料首次送达注塑商时,其次是
注塑成型后。
对来料进行检测非常必要,这能确保用于生产的材料的分子量符合产品规格范围。若每批材料随附认证证书,MFR值及其最小/最大规格值往
往是证书上少数列出的特性参数。多数注塑商仅核对证书后便归档,默认其数值准确。但自行验证数据有充分理由:
其一,证书标注的MFR值通常是持续数小时甚至数天的生产过程中某个瞬间的抽样检测结果。与所有制造过程一样,树脂聚合和混炼存在波
动性,认证所依据的样本未必能代表注塑商实际收到的材料。
其二,常规检测有助于建立注塑商与材料供应商或分销商之间的开放沟通渠道。这在解决问题或优化材料一致性时至关重要。笔者曾亲历通过
与供应商合作收窄MFR规格范围,从而提升注塑零件性能一致性的案例。
虽然这是二十年前的往事,如今树脂供应商的响应度或不如前,但关键在于:若非我们持续收集内部数据,并将其与客户对交付注塑件使用功
能的反馈相关联,我们根本无从提出改进要求。
其三,对于MFR测试陌生的人来说,其值的准确性始终是关注焦点。对比材料厂商提供的质检报告,加工厂商自己内部对来料的MFR进行测试
与查验可以可有效提升自身的技术信心。
原材料质量检测固然重要,但对注塑件中聚合物的测试则反映了成型工艺的质量水平。注塑过程中聚合物MFR出现微小变化属正常现象。除特
殊情况外,加工通常会导致MFR升高,表明分子量在热和剪切力作用下发生下降。关于原料与注塑件之间MFR的允许增幅虽无统一标准,但业
界普遍认可的区间较窄——通常介于20%至50%之间。
为精确解答该问题,主要材料供应商早在1970年代就开展了大量研究。当时这些企业是材料特性与加工领域所有重要研究和建议的来源。通过
将性能保留率与MFR测试低剪切条件下流动性变化关联,研究者为加工商制定了指导标准。
但当时多数研究通过测量实际熔体粘度而非MFR完成——这存在微妙而重要的差异。虽然MFR测试仪并非测量粘度的理想设备,但可通过建立
毛细管流变仪与MFR测试仪的流量关联性,研究者为MFR测试仪设定了适用于不同材料的仪器常数,从而以粘度单位(泊)而非真实流速
(克/10分钟)报告结果。至今某些商用级原材料的认证仍采用粘度单位而非真实流速。
基于粘度测量,原料到注塑件的允许变化上限被设定为粘度降低30%。这常被重新表述为MFR最大允许增幅30%,但两者并不等效:MFR是粘
度的倒数,30%的粘度降等于42.9%的MFR增幅,经四舍五入并保留安全系数后确定为40%。该变化对应聚合物重均分子量下降10%。
各方往往基于自身利益调整这些标准:材料供应商常建议加工过程中MFR最大增幅控制在25-30%,从而将责任转移给加工商;而加工商则倾
向于争取50%的更高容差,为加工波动留出余地。
某大型原始设备制造商(OEM)甚至要求其注塑商将MFR增幅严格控制在20%以内,并将其作为所有交货的验收标准。其理由是若超出该阈值,
认证测试中就会出现故障。然而与20%MFR增幅对应的分子量变化极小,若零件在此情况下失效,反映的是零件设计乃至认证测试本身的问题,
而非加工工艺。
对于所有指导标准,过度解读其意义均不可取。设定40%的加工MFR增幅上限,并不意味着达到41%就会全部失效,而39%就能万无一失。产
品功能始终取决于设计、材料特性、加工工艺和应用条件之间复杂的相互作用。
但可以证实的是:随着加工导致的MFR变化增大,材料性能确实呈现下降趋势。常见情况是收到"合格"与"失效"两个零件时,检测往往显示两
者MFR均超标,但合格件的MFR变化比失效件的MFR变化小很多。
这表明零件设计本应具备补偿一定降解水平的 robustness(稳健性),但两者MFR的巨大差异也暗示生产工艺存在波动。如果不对价格前和加工
中的参数进行监测,当然也就谈不上对这些参数进行监管,这时出现加工工艺波动和质量差异是常见的。进行加工前后MFR检测的加工商实在
少之又少。
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