碳纤增强 PC(PC+CF)加工特性
基体为聚碳酸酯 + 短切碳纤维填充,主流注塑成型,少量挤出;和纯 PC、玻纤增强 PC 差异明显,整理为物料预处理、熔体特性、注塑工艺、模具 / 设备要求、常见缺陷对策
一、原料干燥(重中之重,和普通 PC 要求一致)
PC 极易水解,必须充分干燥工艺:110~120℃,热风干燥 2~4h;目标含水率:<0.02%
后果:水分超标 → 熔体水解,制品银纹、气泡、冲击强度断崖式下跌、分层。
注意:干燥后避免长时间敞口放置,防止回吸潮。
二、熔体加工特性
流动性下降碳纤维阻碍分子链运动;同等温度下,熔指远低于纯 PC;碳纤含量越高流动性越差(CF30>CF20>CF10)。→ 薄壁、复杂结构需要更高温度、射速辅助填充。
剪切敏感性高高剪切会打断碳纤维,纤维变短直接造成刚性、模量下降;禁止过高螺杆转速、过大背压。
各向异性显著注塑时碳纤维顺着熔体流向取向:流动方向强度高、收缩小;垂直方向强度低、收缩大。直接影响:翘曲、尺寸差异、各向力学性能不均。
磨蚀性强碳纤维硬度高,对金属产生冲刷磨损。
三、推荐注塑工艺窗口
料筒温度:270~300℃不建议超过 310℃,高温容易树脂降解、变色;
模具温度:80~100℃✅ 高模温优势:减少浮纤、提升熔接强度、降低内应力;❌ 模温过低:浮纤严重、内应力大、易开裂。
注射压力:90~140MPa相比纯 PC 需要更高压力,弥补流动性不足;
注射速度:中高速慢速容易产生浮纤;射速过快易产生烧焦、气纹,需平衡;
螺杆转速:低速(30~60rpm)减少纤维剪断;
背压:低背压 5~12MPa高背压加剧纤维剪切破碎,尽量调低;
熔接痕:碳纤取向在熔接处紊乱,熔接痕强度明显薄弱,结构设计尽量避开受力位置。
四、设备与模具特性
螺杆、料筒易磨损普通氮化螺杆短期就会磨损;长期量产建议:双合金螺杆、料筒。
模具要求
型腔建议淬火硬模(HRC48 以上),减缓冲刷磨损;
抛光难度大:材料易浮纤,很难做出高光面;
排气必须充分;困气会造成烧焦、浮纤、银丝。
浇口设计要点优先大浇口、扇形浇口,避免细小点浇口带来过高剪切;合理排布浇口,控制纤维取向,改善翘曲。
五、成型后特性 & 后处理
内应力较大制品容易残留内应力,接触溶剂易应力开裂;必要退火:110~120℃,0.5~1.5h 缓慢降温,释放内应力。
表面缺陷多最典型:浮纤、起毛、哑光;难以喷漆,浮纤位置涂层容易脱落。
几乎无法着色,常态黑色;染色改性成本极高。
六、常见典型缺陷与成因汇总
| 缺陷 | 主要原因 |
|---|---|
| 表面浮纤 | 模温低、射速慢、剪切不足、排气不良 |
| 银丝、气泡 | 干燥不足,原料含水 |
| 翘曲变形 | 纤维取向不均、浇口位置不合理、冷却不均 |
| 熔接处易断裂 | 熔接痕纤维无序排布,强度低 |
| 制品变脆、强度低 | 纤维被剪切打碎、PC 高温降解、水解 |
| 螺杆模具磨损 | 长期使用普通钢材,缺少耐磨防护 |
七、关键加工禁忌
不要长时间停机保温;停机超过 20min,降低料温或清空料筒,防止 PC 热降解;
不可与 PVC、POM 等其他塑料混料,发生分解腐蚀;
尽量避免尖角结构,内应力集中 + 材料本身缺口敏感,容易开裂;
不能依靠提高背压改善混合,会打断碳纤维损失性能。
