（2014年4月23日發布）
--熔體流動速率測試在加工應用中的兩大局限性
與其他材料特性評估方法一樣，熔體流動速率測試在特定應用場景中具有重要價值，但其在加工領域存在兩個明顯局限性：一是無法準確評
估典型加工條件下的流動特性（被加工商普遍視為粘度測量指標）。
聚合物粘度取決于溫度和剪切速率，而熔體流動速率（MFR）測試對給定聚合物通常固定溫度且無法控制剪切速率。毛細管流變測定法
用于測試依賴于溫度和剪切速率這兩個變量的粘度。然而，流動模擬軟件需要多溫度下粘度與剪切速率的關系曲線來解析分析師輸入的實際
參數——從吹塑的相對低剪切速率到注塑的極高剪切速率，寬剪切速率范圍內的特性表征至關重要。
盡管模擬軟件的預測能力持續提升，某些難題仍缺乏精確解決方案。部分原因在于：即使采用功能增強的毛細管流變儀，這些實驗室設備也無
法復現許多實際加工環境（尤其是閉模工藝）的真實狀況。MFR測試與毛細管流變測定均采用開放系統且流道內材料全程處于熔融狀態。
然而在實際注塑過程中，凍結層幾乎立即沿流道形成并隨時間增厚，隨著材料冷卻逐漸占據流道截面的更大部分。這意味著描述聚合物流動方
程中最關鍵的參數——有效流道尺寸——持續變化的特性未被實驗室儀器識別或考量。
此外，這些儀器也沒有回應剪切誘導流動不平衡產生的問題（流動不平衡會導致流動材料層內產生溫度梯度）。自John Beaumont于1990年代
末首次提出該現象以來，業內多數人始終持否認態度，關于其影響程度及對加工與零件質量作用的關鍵問題仍懸而未決。但持續研究明確表明：
要實現聚合物流動特性的精確評估，必須考慮這一因素。即使為MFR測試儀加裝測量功能，它也無法產生或控制測量所需剪切速率條件。
實驗室粘度表征儀器的第二項缺陷是無法解釋或測量熔體彈性。大多數從業者都知曉聚合物是粘彈性材料，這意味著它們同時呈現彈性固體與
粘性流體的特性，任何材料的性能都是粘彈性的綜合反映，而粘彈性會隨溫度和剪切率而變。
當聚合物處于終端使用環境的"固態"時，粘彈性行為備受關注。粘性流動方面，其對整體性能的影響似乎比較微弱，主要體現在蠕變、應力松
弛及疲勞等現象。
在熔融狀態（通常被視為流體）下，聚合物仍保留部分彈性行為特征。彈性特性在高粘度體系中最為重要，因此當熔體溫度與剪切速率較低而
分子量較高時表現得最為顯著。吹塑和擠出工藝中，熔體彈性表現為模口脹大效應。
在注塑等方面，同樣存在該現象，它是導致困擾加工商的外觀缺陷（尤其在澆口和熔接線區域）的重要因素。
1990年代初曾嘗試開發簡易熔體彈性測量儀器：塑料領域早期創新先驅、普林斯頓大學教授Bryce Maxwell研發出名為"熔體彈性指數（MEI）
測試儀"的設備。該裝置旨在像MFR測試儀測量粘性流動那樣，提供捕捉熔體彈性特性的簡易方法，同時還能測量更精密流變儀器未能實現的彈
性恢復特性。
其工作原理是：加熱器使置于平板的材料樣本達到測試溫度后，將第二塊圓盤狀平板壓向樣本。聚合物流動時在雙板間形成特定厚度的試樣，
驅動電機隨后旋轉上盤使試樣相對于下板產生剪切。施加特定變形量后，上盤脫離驅動裝置，在試樣彈性恢復力推動下反向旋轉。通過上盤的
刻度盤和指針可量化材料響應，該過程由攝像機記錄觀察。
Maxwell博士曾在SPE ANTEC會議上多次展示該設備，但始終未完成進入成熟實驗室儀器領域所需的漫長評審流程。然而它能在數分鐘內區分
不同熔體彈性材料（即使材料熔體粘度相近），且測試條件與某些加工方法相似。
若得以完善，該儀器可能成為MFR測試中平行板或錐板流變測定法的低成本替代方案，然后它能與毛細管流變測定法相比較，使加工商能夠
進行有效且近似的熔體彈性測量，為破解聚合物流動謎題提供新線索。
至此我們已完成對MFR測試的全方位解析，期望能明確其適用場景，并消除圍繞測試數據的某些誤解。但料想行業中的困惑仍將持續——就在
本文完稿之際，筆者收到印度汽車行業PC/ABS合金生產商的郵件：其客戶抱怨注塑薄壁件有時出現開裂，并聲稱當原材料MFR從6克/10分鐘
降至4克/10分鐘時就會發生。這種斷言顯然未能理解MFR與實際加工條件下聚合物流動行為之間的真實關聯。
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關于作者
Michael Sepe是駐亞利桑那州塞多納的獨立材料與加工顧問，客戶遍及北美、歐洲和亞洲。擁有35年以上塑料行業經驗，協助客戶完成材料
選擇、可制造性設計、工藝優化、故障排查與失效分析。聯系方式：(928) 203-0408 ? mike@thematerialanalyst.com。
廣州大雄化工有限公司