Indice de Fluidité ou Melt Flow Rate (MFR, MVR)

L'indice de fluidité ou Melt Flow Rate est une mesure de la fluidité des plastiques fondus et constitue une valeur importante pour le contrôle qualité des thermoplastiques. Dénommé à l'origine Melt Flow Index ou Melt Index (typiquement pour le polyéthylène, mais aussi pour d'autres matériaux), la dénomination utilisée aujourd'hui est l'indice de fluidité en masse (ou MFR en anglais), qui est une masse écoulée exprimée, selon le système international, en g/10min. Alternativement, on mesure l'indice de fluidité en volume ou MVR, qui est mesuré en cm3/10min. L'indice de fluidité en volume ou MVR multiplié par la densité du fondu donne l'indice de fluidité en masse ou MFR.

Les instruments permettant de mesurer les indices de fluidité sont en général compacts et faciles à utiliser. Le principe de base est de chauffer un échantillon de thermoplastique (sous forme de granulés, de poudre ou de flocons). Ainsi rendu liquide, on force le matériau à s'écouler dans un cylindre à travers une filière capillaire. Le piston servant pour l'extrudation est mis en charge avec des masses mortes, pouvant aller jusqu'à 21,6 kg. L'indice de fluidité en masse ou MFR (ainsi que l'indice de fluidité en volume ou MVR) sont obtenus sous conditions normalisées de température et de charge appliquée, définies pour chaque type de matière plastique, en utilisant un type déterminé de filière (diamètre interne de 2,095 mm, longueur 8 mm). Le résultat doit toujours comporter les conditions précises de l'essai car il dépend fortement de ces dernières.

Les indices de fluidité en masse et en volume (MFR et MVR) sont typiquement utilisés dans les laboratoires de contrôle qualité ou en production. La procédure de base consiste en la mesure manuelle d'un temps, la découpe et la pesée du matériau extrudé, qui donne directement la valeur de l'indice de fluidité en masse. Les instruments les plus modernes permettent de semi-automatiser les opérations et sont basés sur la mesure directe du déplacement du piston, et donnent directement la valeur de l'indice de fluidité en volume. La densité du fondu peut être entrée comme paramètre ou mesurée, ce qui permet d'obtenir l'indice de fluidité en masse. Les procédures semi-automatisées permettent d'obtenir des résultats bien plus précis et garantissent la mesure d'une plus vaste plage d'indices de fluidité. Des méthodes plus évoluées demandent l'application de plusieurs poids différents durant le même essai, chacun donnant un indice de fluidité en masse (et en volume). Ce type d'essai est appelé à poids multiples et apporte des informations supplémentaires sur l'échantillon et donne des indications sur la dépendance viscosité-cisaillement. Un essai à masse unique peut être corrélé avec la masse moléculaire moyenne, alors que la dépendance au cisaillement dépend de la distribution de la masse moléculaire.

L'indice de fluidité est un outil simple et rapide pour comparer des lots d'un même matériau ou pour estimer les propriétés de fluidité de différents matériaux (typiquement lors de processus d'extrusion), lorsque la compréhension approfondie des propriétés d'un matériau n'est pas nécessaire. La caractérisation poussée du matériau sera réalisée grâce à un rhéomètre capillaire. L'indice de fluidité est inversement proportionnel à la viscosité (cisaillement), mais cette valeur n'est pas utile pour déterminer cette dernière (il donne juste une estimation approximative).

Références

  • ISO 1133:2005 "Plastiques - Détermination de l'indice de fluidité à chaud des thermoplastiques, en masse (MFR) et en volume (MVR)”
  • ASTM D1238-10 "Standard Test Method for Melt Flow Rates of Thermoplastics by Extrusion Plastometer“