碳纤维增强PC
碳纤维增强PC产品的开发与分析
上海席亚高分子材料有限公司
PC是一种综合性能优越的工程塑料，也是近年来增长速度最快的通用工程塑料，具有优异的冲击韧性、尺寸稳定性、电气绝缘性、耐蠕变性、耐候性、透明性和无毒
性等优点，目前广泛应用于汽车、电子电气、建筑、办公设备、包装、运动器材、医
疗保健等领域，随着改性研究的不断深入，正迅速拓展到航空航天、计算机、光盘等
高科技领域。但它也存在一些缺点，如加工流动性差、易于应力开裂、对缺口比较敏
感以及耐磨性欠佳等。
碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热等
特性，属典型的高新技术产品，主要用于制备先进复合材料(ACM)，已广泛应用于宇航、体育用品领域、工业领域、交通运输领域及土木建筑领域。鉴于近年军事工业上应用
的萎缩，碳纤维成本的降低及先进低成本制造复合材料技术的突破，碳纤维复合材料
在建筑、工业、交通运输、体育用品等方面的应用便成为研究开发的热点，并取得了
一定的突破性进展。
碳纤维增强聚碳酸酯作为一种具有前沿技术特点的新型产品在上世纪末期逐渐应
用于国民经济各行业，相比较传统的玻璃纤维增强聚碳酸酯拥有强度高、导电率高等
显著优点，对于该产品的开发研究具有重要的市场价值。
1、碳纤维对力学性能的影响
1.1 拉伸与弯曲强度大大提升
如下图所示，碳纤维的加入对力学性能有非常显著的影响。
随着碳纤维的增加，
拉伸强度、弯曲强度和
弯曲模量都有明显的增
加。相对纯PC(拉伸强
度约63MPa，弯曲模量
约2300MPa)而言，当
加入2％的碳纤维时拉
伸强度和弯曲模量分别
增加了12％和60％。
因为在纤维增强热塑性
塑料复合体系中，是利用纤维的高强度来承受复合材料的主要应力，利用基体树脂的塑性流动和同纤维界面的粘结性来传递应力。所以随着碳纤维含量的增加，PC的任一截面上有更多数量的碳纤维承载，这些碳纤维的抽出或断裂，需要施加更大的载荷，因而提高了碳纤维增强PC的弯曲性能和拉伸强度。同时，由于碳纤维含量的增加，即碳纤维与碳纤维间的树脂层变薄，作用于碳纤维增强PC的应力很容易通过树脂层而在碳纤维中传递，树脂的形变也受到碳纤维的约束，因而弯曲弹性模量也随着碳纤维含量的增加而提高。
1.2 缺口冲击强度变化明显
缺口冲击强度随碳纤维的增加先增加后减小，当碳纤维的含量为6％时冲击强度达到最大，当含量大于6％时迅速减小，到8％时减小的速度减慢。从图中可以看出，即使只添加2％的碳纤维，相
对于PC树脂，断裂伸长率已
经发生明显的下降(PC树脂的
断裂伸长率高达100％)。
复合材料吸收冲击能的方
式有树脂变形和裂纹扩展至断
裂、纤维抽出、纤维断裂3种。
由于PC在冲击载荷作用下变
形能力的差异，PC基体较大的
变形导致沿纤维弯曲方向产生
间隙，因此一方面将使纤维抽
出时吸收的能量较小，另一方面则降低了纤维断裂的可能性，即相当于增加了纤维的临界断裂长度。当碳纤维含量小于6％时，可以认为树脂变形在复合材料缺口冲击强度中的贡献占主导地位；而当碳纤维质量分数高于6％时，树脂含量减少，导致纤维从树脂中抽出更加容易。另外，碳纤维的端部是裂纹增长的引发点，当碳纤维含量达到一定程度后，继续增加会降低材料冲击强度和伸长率。
1.3 比玻纤增强效果更佳
同等条件下，碳纤维增强PC的其它的性能都明显超过了玻璃纤维增强的PC。
2、增加抗静电性
纯的PC是一种不导电的聚合物，由图可知，当加入的碳纤维含量为10％时，表面电阻率已达到9．0 X 10Ω/sq，可作为防静电材料使用，当加人8％时就已经明显改善了复合材料的导电性能。当碳
纤维含量小于8％时，复合材料
呈现出较高的电阻率，这是因为
PC树脂的电阻率很高，少量的
短碳纤维被PC树脂所分隔，纤
维之间仅存在着不连续导通的势
垒，载流子只能借遂道效应，从
一导体跳到另一导体进行传导，
因此复合材料表现出较高的电阻
率；当碳纤含量超过8％时，碳
纤维在复合材料中逐步形成相互
接触的导电网络，并趋于完善，这时电荷载流子传导有两条路径：其一，载流子通过碳纤维和高聚物夹层之间的隧道效应转移；其二，通过纤维相互直接接触所形成的网络转移。所以复合材料的电性能大为改善，呈现出低的电阻率。
3，改善加工性
纯的PC由于粘度大，流
动性差，导致了加工的
困难，加入了碳纤维后
可以明显改善PC的粘度，
流动性也就随着变好。
从图4中可以看出，只
加入了2％碳纤维的PC
流动性比纯PC(熔融指
数约17g／min)提高了
近一倍，这是由于加入
的碳纤维改善了PC与金
属问的粘合性，但随着
碳纤维含量的增加，熔体中的分子间以及分子与碳纤维、碳纤维与碳纤维间的磨擦逐渐增大，所以流动性也随之逐渐下降。
4，碳纤维增强PC系列产品
目前，上海席亚高分子材料有限公司提供6%，10%，15%和25%长碳纤增强PC 系列产品，分别满足高抗冲击、防静电、高强度和高导热领域的应用需求。
用碳纤维增强的PC在碳纤维含量为6％时伸长率和冲击强度均达到最大值，含量继续增加时，由于碳纤维力学的各向异性导致伸长率和冲击强度都迅速下降。
碳纤维属于导电材料，当加入10％的碳纤维时该复合材料已经可以作为防静电材料使用。
而拉伸强度，弯曲强度，弯曲模量
得益于碳纤维的高强度、高模量，随着
碳纤维的增加明显增加，与相同含量的
玻璃纤维增强PC相比，碳纤维更加有效；
15%的碳纤维含量是比较优化的高强度
添加比例。
由于碳纤维一维方向超高的导热速
度（超过金属），高填充的PC可以作为
极佳的导热塑料进行应用，导热率高达20-40W/mK。图为我司高导热碳纤维PC注塑粒子产品。
5，碳纤维PC复合材料的应用
5.1 空天与军工领域
低逸气构件、耐太空垃圾打击构件、抗空间辐射构件、航天防热瓦、抗激光打击构件、耐高温雷达整流罩等。
火箭与导弹发动机部件。航空发动机部件。枪械部件。航模工业。军用工具箱及其部件。等等。
5.2 特种零部件
用于各种工业用途。
5.3 体育休闲
帐篷杆、风筝杆、窗帘杆、蚊帐杆、高尔夫球袋杆、箭杆、雨伞骨、登山杖、头盔、卡扣、手电筒外壳、望远镜外壳等。
滑雪板、滑板等。
童车、沙滩车、自行车等小型车。
玩具行业。
5.4 电子行业
照相机外壳、手机外壳、
上海席亚高分子材料有限公司上海市浦东新区瑞祥路125号
电话：021 ********， 400 602 1223
传真：021 3325 0700
网址：https://www.sodocs.net/doc/2a794285.html,