五种常用工程塑料之一的尼龙6(PA6)具有耐磨、耐腐蚀、易加工成型等特点,工业应用十分广泛。然而尼龙6尺寸稳定性差、强度和模量较低,利用熔融共混方法对尼龙6进行碳纤维(CF)填充改性是实现其高强度、稳定性的同时也具有导电、导热等功能化性能的有效方法之一。针对CF/PA6复合材料混合过程中CF的长度和分散不能兼得的特性,开发超声波辅助拉伸/剪切应变速率比可调的混合装置,并在此基础上研究混合装置结构、材料配方及工艺参数对共混物性能的影响规律。研究成果具有一定的理论意义及工程应用价值。本课题基于正位移输送原理,研制了超声波辅助拉伸/剪切应变速率比可调熔融混合装置,分析和介绍了该混合装置的工作原理和机械结构;建立了叶片混炼单元的物理数学模型。理论分析发现调节装置偏心距可调控混炼单元拉伸和剪切应变强度以及两者之间的比值,且拉伸应变速率始终处于支配地位。将功率可调超声波垂直作用于熔体流动方向,实现了超声波对正应力支配的高温、高压熔融混合过程的持续有效辅助。利用该混合装置在不添加任何助剂的情况下制备了CF/PA6共混物,探究了不同偏心距下体积拉伸形变作用对CF/PA6共混物中CF长度、CF分散状态的影响规律与作用机制。实验研究了CF含量(0-40wt%)、拉伸/剪切应变速率比值和混合时间对CF/PA6共混物微观结构和性能的影响。结果表明,CF加入有利于共混物结晶性能、力学性能和导电性能的提升。无超声波辅助作用时,低含量的CF能均匀分散在PA6基体,CF含量较高时会出现分布不均现象;合适的拉伸/剪切应变强度比值可同时获得较好的CF分散分布状态和较长的CF平均长度,获得力学性能和导电性能俱佳的共混物;实验研究了超声波辅助作用下超声波参数(时间/功率)对共混物中碳纤维长度及分布的影响规律,研究结果表明,在实验研究范围内超声波辅助在避免CF过度折断的同时极大地促进了CF的分散,改善了CF与PA6基体间的界面结合状态,实现了高含量CF在PA6基体中的高效、均匀分散,降低了共混物的导电逾渗阈值;适当超声作用时间和功率会提高共混物的结晶性能、力学性能和导电性能。该新型混合装置为纤维填充或多相聚合物体系的高效制备提供了新技术与新装备。