碳纤维增强PC.docxVIP

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