PC/CF合金的特性

PC/CF 合金（聚碳酸酯 / 碳纤维增强复合材料）是在聚碳酸酯（PC）基体中加入碳纤维（CF）形成的高性能工程塑料，兼具 PC 的优异综合性能与碳纤维的增强特性，在机械强度、刚性、导热性、抗静电等方面显著提升。以下是其核心特性及应用优势：

一、力学性能：高强度与高刚性

1. 抗拉强度与弯曲强度

• 纯 PC 的抗拉强度约 60~70 MPa，加入 10%~30% 碳纤维后，抗拉强度可提升至100~180 MPa，弯曲强度提升至120~220 MPa，接近金属铝合金水平。

• 原理：碳纤维的轴向强度（>3000 MPa）远高于 PC 基体，通过界面粘结传递载荷，形成 “刚韧协同” 结构。

2. 弹性模量（刚性）

• 纯 PC 弹性模量约 2.4 GPa，30% CF 增强后可达到8~12 GPa，抗变形能力显著提高，适合承载结构件。

3. 抗冲击性能

• 相比玻璃纤维增强 PC，碳纤维的长径比更高且表面更光滑，对 PC 基体的冲击韧性影响较小，缺口冲击强度保持在50~80 kJ/m²（纯 PC 约 80~100 kJ/m²）。

二、热性能：耐高温与低膨胀

1. 热变形温度（HDT）

• 纯 PC 的 HDT（1.82 MPa）约 120℃，加入碳纤维后可提升至130~145℃（取决于碳纤维分散性），部分改性牌号可达 150℃以上，适合高温环境下的结构件。

2. 线膨胀系数（CTE）

• 纯 PC 的 CTE 为 6.7×10⁻⁵/℃，30% CF 增强后可降至2.0~3.5×10⁻⁵/℃，接近金属铝（2.3×10⁻⁵/℃），减少热胀冷缩导致的尺寸偏差。

3. 导热性

• 纯 PC 导热系数约 0.2 W/(m・K)，碳纤维赋予合金 **0.5~1.2 W/(m・K)** 的导热能力，适合需要散热的电子元件（如电机外壳、LED 散热器）。

三、电学性能：抗静电与电磁屏蔽

1. 导电性

• 纯 PC 为绝缘材料（体积电阻率 > 10¹⁶ Ω・cm），加入 10%~15% 碳纤维后，体积电阻率可降至10³~10⁶ Ω·cm，达到抗静电级别；加入 20%~30% 碳纤维时，可实现10⁰~10² Ω·cm的导电性能，用于电磁屏蔽（EMI）部件（如 5G 通信设备外壳）。

2. 介电性能

• 碳纤维的加入会略微提高介电常数（纯 PC 约 3.0，CF 增强后 3.5~4.0），但介电损耗保持较低水平，适合高频电子场景。

四、其他特性：耐磨、耐化学与加工性

1. 耐磨性

• 碳纤维的 “自润滑” 特性使合金摩擦系数降低至0.15~0.25（纯 PC 约 0.3~0.4），磨损量减少 50% 以上，可替代金属制造轴承、齿轮等耐磨件。

2. 耐化学性

• 耐油、耐脂肪烃性能优于纯 PC，但耐强酸、强碱能力仍有限（与 PC 基体一致），需避免长期接触强腐蚀性介质。

3. 加工成型性

• 需更高加工温度（料筒温度 260~300℃，高于纯 PC 的 230~280℃）以确保碳纤维分散。

• 螺杆磨损风险高，建议使用碳化钨或氮化钢材质的螺杆和料筒。

• 制品易出现 “浮纤”（碳纤维外露），需通过模具抛光、提高注射压力改善表面质量。

• 优势：相比玻璃纤维增强 PC，碳纤维的长径比更高，熔融流动性略差，但成型收缩率更低（0.1%~0.3%，纯 PC 为 0.5%~0.8%），尺寸精度更优。

• 挑战：

五、典型应用领域

六、与其他增强材料的对比

七、注意事项

1. 环保与回收：碳纤维难以化学回收，建议通过物理回收（粉碎后少量回用，比例≤20%）或能量回收处理废料。

2. 表面处理：碳纤维制品表面粗糙，如需喷涂或电镀，需先进行喷砂或底涂处理以增强附着力。

3. 静电防护：加工过程中碳纤维易产生静电，需接地设备并控制环境湿度（≥50% RH）。

PC/CF 合金凭借其 “刚韧平衡、功能集成” 的特性，正逐步替代金属和传统复合材料，在高端制造领域展现出广阔的应用前景。选择具体牌号时，需结合碳纤维含量（通常 5%~40%）、是否含其他助剂（如偶联剂、润滑剂）及最终性能需求综合评估。