汽车工程塑料指的是汽车用工程塑料。众所周知,更多的工程塑料用以替代原有的金属材料是汽车工业的发展趋势之一。原因之一就是塑料部件能够减轻汽车的重量。有数据显示,每减轻 100 公斤的重量,百公里油耗可以降低0.4L,每公里的CO₂排放量减少约10克。除了节能环保,减轻重量意味着提升推重比,在同样的发动机动力输出下,可以为驾驶者带来更好的加速体验。

碳纤维增强尼龙是替代金属的汽车工程塑料中的佼佼者。由于结合了尼龙的轻质和碳纤维的机械强度和热性能,碳纤维复合尼龙材料的强度与刚度显著提高,从车辆固定架和仪表等内外部组件到发动机壳体均可以替代金属部件。除了能够实现减轻重量与设计优化的可能性,碳纤维增强尼龙同时具有环保和经济优势。

高含量的碳纤维会改变材料的流变特性,进而影响其成型加工性能。在实际生产加工工艺中,通常会使用毛细管流变仪,研究碳纤维增强尼龙的流变行为,为后续注塑成型工艺设计提供理论依据。以下以40%含量的短切碳纤维增强尼龙为研究对象,利用毛细管流变仪进行的流变试验。

图1:不同温度下表观剪切速率-总压力降关系

在固定剪切速率下,测量不同温度时的流动曲线,通过材料的黏度随温度的变化曲线,可以知道材料对温度的敏感程度,流动曲线随温度变化的曲线斜率越陡峭,说明对温度越敏感。尼龙是对温度敏感的材料。从曲线上可以很容易找到,在什么温度下,熔体的流动性能好,适合于加工生产,这就是制定生产工艺的科学依据。

图2:不同剪切速率下温度-总压力降关系

在温度不变的条件下,测量流动曲线随剪切速率变化的关系,即可得到高分子材料的黏度随剪切速率变化的关系。聚合物熔体多数是剪切变稀。通过得到流动曲线,可以选择适合于生产加工的剪切速率。生产中一般是通过改变电机的转数来改变聚合物熔体的剪切速率。

通过试验数据,改变挤出成型工艺中的温度、压力、速度等参数,进而最大限度地消除挤出膨大。

德国高特福(GOTTFERT)公司是世界上最早研究开发毛细管流变的厂家,无论是在功能、质量、可靠性及市场份额等各个方面均为全球领先。作为最早进入中国的高端试验室仪器品牌,高特福毛细管流变仪已广泛应用在中国石化、中国石油、东华大学、华南理工大学、中国纺织科学研究院、北京化工研究院等单位。据高特福指定代理商上海宾联科技(15317299629同微信)介绍,高端配置的高特福毛细管流变仪不仅能够测量聚合物的流变性能,还能够测量流动稳定性、热导性、PVT、熔体拉伸粘度、动态和静态口模胀大等。