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现代复合材料一直是围绕着解决传统材料不能适应的工程技术难题和尖端科学技术提出的新材料需求而发展的。聚碳酸酯(PC)是一种分子链中含有苯环和碳酸脂结构、综合性能优异的热塑性工程树脂,具有热塑性品种中较高的冲击强度,并在最宽的温度范围内仍保持很高的机械强度,适用于板材行业以及轿车和轻型卡车的各种零部件。但是由于其性能不够完善,需要对聚碳酸酯进行必要的改性。碳纤维是由有机纤维如聚丙烯腈(PAN)纤维、黏胶纤维或沥青纤维在保护气氛(N2或Ar)下通过热处理碳化成为含碳量90～99%的纤维,其比强度和比模量均优于其他无机纤维,是一种为适应航空航天等高技术领域发展需要而研究开发出的新型增强材料。 本研究通过微量双螺杆挤出机和微量注塑机制备了CF增强PC复合材料,并对其加工流变和力学性能进行了测试和分析;针对复合材料出现的韧性下降和界面相容性不理想的问题,分别采用ABS树脂进行增韧和对CF进行表面处理,均取得了理想的效果。本研究内容如下: (1)在复合材料的加工过程中,物料在微量双螺杆挤出机内形成了封闭的环流,从而在其循环流动的过程中测得了一系列的加工流变数据,如剪切应力和表观黏度对剪切速率的变化关系曲线,扭矩随时间的变化曲线以及不同组成的复合材料非牛顿指数的变化趋势等。 (2)制备了一系列不同CF含量的PC/CF复合材料,并对其加工流变和力学性能进行了测试与理论分析,结果表明:当CF含量为2%时,复合材料粘切特性明显,具有较强的假塑性,加工性能良好;同时复合材料表现出优异的力学性能。此时,PC/CF复合材料综合性能最好,但是丰要存在两个问题:一是复合材料的韧性下降,表现为断裂伸长率的下降和冲击强度的降低;二是碳纤维与PC基体树脂的界面粘结性能并不理想。 (3)针对PC/CF复合材料韧性下降的问题,本实验采用ABS树脂添加到复合体系中进行增韧。实验测试结果可知:复合材料的拉伸强度和加工流动性能得到进一步提高,缺口冲击强度也得到了改善,综合性能优于PC。当ABS含量为30～35%时,三元复合材料PC/ABS/CF的加工流动性能和力学性能最为优异,有利于高效率工业化生产。 (4)针对CF与基体树脂相容性差的问题,本实验采用了偶联剂TM-931、强氧化剂HNO3(65%)和两者复合的方法对CF的表面进行处理。结果表明:通过复合法改性的CF与PC的复合材料加工过程中的表观黏度增大,力学性能提高明显,并且通过扫描电镜照片可知,两相间界面粘结性能变好,其综合性能要优于其它两种CF表面处理方法制得的复合材料。 (5)最后利用探索出的最佳实验条件,制备了CF含量2%、ABS树脂含量30%的表面处理CF/PC/ABS的复合材料,并对其进行了力学性能的测试。实验结果表明,ABS树脂的加入以及对CF进行表面改性均能够有效的增大复合材料的强度和韧性;动态热机械分析曲线显示,110℃之前,复合材料的储能模量大幅度提升,低温性能良好,但是随后有较大程度的下降,较之PC树脂其下降点提前了40℃左右。