熱可塑性樹脂は、安価に大量生産が可能なことから、家電製品や自動車部品、生活雑貨などのあらゆる製品に利用され、私たちの生活において欠かせないものとなっています。

熱可塑性樹脂の加工方法として、射出成形、押出成形、ブロー成形などの方法がありますが、いずれの成形方法においても、溶融状態の樹脂の流動性は重要な指標となります。

メルトフローレートは、溶融樹脂の流動性の指標として広く用いられているもので、ISO・JIS・ASTMでそれぞれ規格化されており、ISOとJISに対してASTMは用語や規定に若干異なる部分がありますが、測定原理は同一です。

一般的に、メルトフローレートが大きいほど流動性が良いと評価され、小さいほど流動性が悪いとされます。また、同じ種類の樹脂を測定した場合には、値が大きいほど低分子量、小さいほど高分子量と評価されます。

ただし、基本的にほぼ静的な状態での測定であるため、測定中の樹脂に生じるせん断速度は射出成形などにおける加工時のせん断速度に対して非常に小さく、実際の加工時の挙動とは相関性がない場合もあります。そのため、主に材料の品質管理において用いられています。

１．測定原理

シリンダに入れた樹脂を一定温度で加熱して上からピストンで荷重を与え、シリンダ底部に設けられたダイから押し出された樹脂量を測定します。

樹脂量の測り方により、A法とB法の2種類の測定方法があります。

また、結果の表し方として、MFR（メルトマスフローレート / Melt mass-flow rate）と、MVR（メルトボリュームレート / Melt volume-flow rate）の2種類があります。

 A法測定

ダイから押し出された樹脂を一定時間で切り取って質量を測定し、次の式から10分当たりの質量[g/10min]を算出します。

• m：切り取った樹脂の重さ [g]
• t：樹脂の切り取り時間間隔 [s]

B法測定

一定時間にピストンが動いた距離を測定するか、一定距離をピストンが動くのに要した時間を測定し、次の式から10分当たりの体積[cm³/10min]を算出します。

• A：シリンダおよびピストンヘッドの公称平均断面積 [cm²]
• l：ピストンの移動距離 [cm]
• t：ピストンの移動時間 [s]

この10分当たりの体積 [cm³/10min]をMVRと呼びます。また、測定した樹脂の試験温度での溶融密度が既知の場合、次の式からMFRを算出することができます。

• ρ：測定樹脂の試験温度での溶融密度 [g/cm³]

B法測定では、試験機にピストンの移動距離を測定する装置と移動時間を測定するタイマーが設けられている必要があります。

２．測定手順

基本的な測定は次の手順で行われます。

①ピストンを空のシリンダに挿入し、試験温度で安定させる。

②測定する樹脂をシリンダに充填し、充填棒を用いて試料を上から圧縮し脱気する。（この工程は1分未満で行う）

③直ちにピストンをセットし、予熱を開始する。また、試験条件に応じてウエイトを負荷する。（樹脂の充填量と予熱中の負荷ウエイトによって予熱時間を調整する。低溶融粘度の樹脂においては、予熱中に樹脂が流れ切ってしまうことを防ぐため、流出防止機構が必要な場合もある）

④測定開始位置にピストンが降下したところで測定を開始する。

⑤A法測定の場合は樹脂をカットして回収し、B法測定の場合は試験機がピストンの移動量または移動時間を自動で測定する。（規格や規定によっては複数回測定し、平均値を算出する）

⑥測定終了位置にピストンが降下するまでに測定を完了する。

３．測定におけるばらつきの要因

メルトフローレート測定では、手順や測定方法に起因する測定誤差が生じやすいものです。

例えば充填時の脱気作業では、測定者によって脱気具合や充填時間に差が生じる場合があります。また、予熱時間は樹脂の充填量と予熱中の荷重の掛け方によって変わるため、熱履歴の影響を受けやすい樹脂や熱伝導率の低い樹脂の場合はその影響が大きくなります。

そのため安定した測定を行うためには、測定者によって測定作業を均一化し、適切な予熱時間を含め試験条件を一定にするか、もしくは測定時間を自動化する機能がついた試験機を使用することでデータのばらつきの要因を減らすことができます。