尼龙复合材料对应千亿级市场，一文详解其增强材料有哪些？各有何优势？
文章来源：贤集网 更新时间：2023-07-10 16:27:59
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聚酰胺（Polyamide，简称 PA）又被称为尼龙（Nylon），是分子链重复单元中具有酰胺基团（-NHCO-）的聚合物统称。尼龙是五大工程塑料之首，其按照主链结构中是否含有苯环可以分为脂肪族尼龙、半芳香族尼龙以及全芳香族尼龙，其中脂肪族尼龙较为代表的有 PA6、PA66，PA6 和 PA66 是最早开发并实现产业化的尼龙品种，也是目前产量和消耗量最大分尼龙品种，约占尼龙总产量的 90%，除此之外还有 PA11、PA12、PA610 等。 脂肪族尼龙具有优异的力学性能、耐腐蚀、较强的润滑性以及耐磨性，但也由于酰胺键的存在吸水性较高，尺寸稳定性较差，因此在用作工程材料时需要对其进行改性，目前工业生产中普遍采用填充改性的工艺，填充改性是指采用各种高性能纤维，同时添加增韧剂、润滑剂、热稳定剂对尼龙进行改性以获得强度高、尺寸稳定性和加工性能好的复合材料，即尼龙复合材料。 玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维,如何选择合适的增强材料? 复合材料的物理性能以纤维为主。这意味着，当树脂和纤维结合在一起时，它们的性能与单个纤维的性能非常相似。测试数据表明，纤维增强材料是承载大部分载荷的组件。 玻璃纤维增强材料 玻璃纤维是复合材料行业的基础。自 1950 年代以来，它已被用于许多复合材料应用中，并且其物理特性已被很好地理解。玻璃纤维重量轻，具有中等的拉伸和压缩强度，可承受损坏和循环载荷，并且易于处理。 玻璃纤维是所有可用复合材料中使用最广泛的。这主要是由于其相对较低的成本和适中的物理性能。玻璃纤维非常适合日常项目和不需要太高要求的纤维织物增加强度和耐用性的部件。为了最大限度地提高玻璃纤维的强度性能，它可以与环氧树脂一起使用，并且可以使用标准层压技术进行固化。它非常适用于汽车、船舶、建筑、化工和航空行业的应用，并且常用于体育用品。 芳纶纤维增强材料 芳纶纤维是最早在纤维增强塑料 (FRP) 行业获得认可的高强度合成纤维之一。复合材料级Kevlar®重量轻，具有出色的比抗张强度，并被认为高度抗冲击和耐磨。常见的应用包括轻型船体，如皮划艇和独木舟、飞机机身面板和压力容器、防割手套、防弹衣等。芳纶纤维 与环氧树脂或乙烯基酯树脂一起使用。 碳纤维增强材料 碳纤维的含碳量高达 90%以上，在 FRP 行业中具有最高的极限拉伸强度。事实上，它还拥有业内最大的抗压强度和弯曲强度。加工后，这些纤维结合起来形成碳纤维增强材料，如织物、丝束等。碳纤维增强材料提供高比强度和比刚度，它通常比其他纤维增强材料更昂贵。 为了最大限度地提高碳纤维的强度特性，它应与环氧树脂一起使用，并且可使用标准层压技术进行固化。它非常适用于汽车、船舶和航空航天等领域的应用，并且经常应用于体育用品。 目前玻璃纤维是最常见的尼龙增强材料 现尼龙增强纤维有玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维等，在普通的尼龙复合材料中，主要的汽车和工业领域，玻纤增强 PA6 和 PA66 是最常见的尼龙复合材料，拥有优异的力学性能。纯 PA6 和 PA66 材料吸水性大，尺寸稳定性相对较差，经玻纤改性后力学性能得到大幅提升，玻纤增强 PA6 和 PA66拥有优异的机械强度、耐磨性、抗蠕变性、高冲击强度和机械减震性，因而目前广泛应用于汽车发动机周边部件如进气歧管、发动机盖罩等，电子电气的线圈骨架以及工业领域的齿轮轴承等部件。 在电线电缆及油 管等领域，PA11 和 PA12 复合材料吸湿率低，拥有良好的自润滑性和电气绝缘性，被广泛应用。PA11 和 P12 中都存在着数量较多的非极性亚甲基基团，这使得 PA11 和 PA12 分子链的柔顺性较大，拥有优异自润滑性，同时 PA11和 PA12 均属于自熄性材料，拥有较好的电气绝缘性，但 PA11 和 PA12 的生产成本较高，目前玻纤增强 PA11 和 PA12 主要应用于汽车油 管和电线电缆保护套。 在齿轮轴承及电子电气罩壳中，PA610 复合材料耐冲击性等综合性能突出被广泛应用。PA610 具有良好的耐冲击性、抗疲劳性和耐磨性，其力学强度虽低于 PA6、PA66，但高于 PA11、PA12，PA610 吸水率低于 PA6 和 PA66，耐热性高于 PA11和 PA12，且也属于自熄性材料，目前玻纤增强 PA610 主要应用于汽车工业领域的齿轮、轴承以及电子电气领域的各种罩壳。 碳纤维增强尼龙复合材料性能优势明显 碳纤增强尼龙有显著的各向异性柔软，可加工成各种织物，又由于比重小，沿纤维轴方向表现出很高的强度，碳纤增强尼龙增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。碳纤增强尼龙树脂复合材料抗拉强度一般都在3500兆帕以上，是钢的7到9倍，抗拉弹性模量为230到430G帕亦高于钢；因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000兆帕以上，而A3钢的比强度仅为59兆帕左右，碳纤增强尼龙比模量也比钢高。 与传统的玻纤增强尼龙相比，杨氏模量（指表征在弹性限度内物质材料抗拉或抗压的物理量）是玻璃纤维的3倍多；与凯芙拉纤维相比，不仅杨氏模量是其的2倍左右。碳纤增强尼龙环氧树脂层压板的试验表明，随着孔隙率的增加，强度和模量均下降。孔隙率对层间剪切强度、弯曲强度、弯曲模量的影响非常大；拉伸强度随着孔隙率的增加下降的相对慢一些；拉伸模量受孔隙率影响较小。 碳纤增强尼龙还具有极好的纤度（纤度的表示法之一是9000米长纤维的克数），一般仅约为19克，拉力高达300kg每微米。几乎没有其他改性工程塑料像碳纤增强尼龙那样具有那么多一系列的优异性能，因此在旨度、刚度、重度、疲劳特性等有严格要求的领域。在不接触空气和氧化剂时，碳纤增强尼龙能够耐受3000度以上的高温，具有突出的耐热性能，与其他材料相比，碳纤增强尼龙要温度高于1500℃时强度才开始下降，而且温度越高，纤维强度越大。 碳纤增强尼龙的径向强度不如轴向强度，因而碳纤增强尼龙忌径向强力（即不能打结）而其他材料的晶须性能也早已大大的下降。另外碳纤增强尼龙还具有良好的耐低温性能，如在液氮温度下也不脆化。 尼龙复合材料对应千亿级市场 尼龙复合材料下游应用领域广泛，2025 年尼龙复合材料市场将超过 2300 亿元。 尼龙复合材料拥有优异的尺寸稳定性、自润滑性、耐老化性等性能，其中高温尼龙 具有优异的耐高温、高强度和耐化学品性，尼龙复合材料被广泛应用于汽车、电子 电气、消费、工业建筑等领域。尼龙材料在汽车、电子电气领域的应用占比较大，约占 80%。根据新思界产业 研究中心数据，目前电子电气和汽车是最大的应用领域，两者合计应用占比约 80%， 除此之外，应用领域还包括家庭厨卫、航空航天等领域。 2022 年全球连接器市场规模为 841 亿美元，同比增长 7.82%。连接器的主要 作用是使电路内被阻断处或孤立不通的电路之间的电流流通，使电路实现预定的功 能，目前尼龙复合材料广泛应用于连接器端子，尼龙材质接线端子使用寿命长，连 接性好，2022 年全球连接器市场规模为 841 亿美元，同比增长 7.82%。 2022 年全球 LED 照明市场规模为 11078 亿元，预计 23 年达到近 11439 亿元。 在 LED 照明领域，由于产品在封装制造的过程中会发生局部高热，对于塑料的耐温 性提出了一定要求，是高温尼龙的主要应用场景，其主要应用于 LED 支架，主要方 式是采用注塑工艺结合到铜支架上，成型后内部为一反射碗型，用于加强聚光及亮 度并保护芯片及内部电路，截至 2022 年，全球 LED 照明市场规模为 11078 亿元， 同比增长 4.32%。电气领域市场规模的不断增长将带动尼龙复合材料需求同步提升。 2022 年全球智能手机、平板出货量近 300 万台，2021 年可穿戴设备市场规模超 550 亿美元，同比增长 13.55%。尼龙复合材料可应用于手机天线、手机结构件、 手机 USB 连接器、电脑外壳、电脑风扇等，疫 情影响下大部分高校以及企业均开展 线上办公模式，大规模的线上办公带动全球智能手机、平板出货量增长，截至 2022 年，全球智能手机出货量为 12.03 亿部，全球平板电脑出货量为 16280 万台，智能 手机及平板需求增长将带动尼龙复合材料及高温尼龙需求基本维持平衡。此外，尼 龙复合材料还可以用于智能手表 LDS 立体电路激光镭雕天线以及表壳、内部支架以 及后壳等部件，随着移动通信、图像技术、人工智能等技术的不断发展及创新融合， 在全球应用和体验式消费的驱动下，可穿戴设备迅速发展，已成为全球增长最快的 高科技市场之一。 汽车领域，2022 年全球新能源汽车销量超 1007 万辆，同比增长 63.2%，尼龙 复合材料用量也将提升近 20%。在汽车领域，尼龙复合材料主要应用于汽车的发动 机系统、排期控制元件（例如各种传感器、连接器、开关等）、油过滤器外壳等。就 新能源汽车而言，冷却液管路是车上的重要零部件，需要满足耐水解、耐油、耐高温 等多种要求，而尼龙复合材料重量轻，加工工艺简单，已逐渐成为冷却润滑管路的 主要使用材料。截至 2022 年，全球新能源汽车累计销量达 1007 万辆，同比增长 63.20%，新能源汽车的飞速发展将带动尼龙复合材料需求同步增长。就传统汽车而 言，一方面，“双碳”背景下，对汽车碳排放的削减和油耗量的减少需要提高发动机 的燃烧温度，使其充分燃烧；另一方面，汽车轻量化、“以塑代钢”趋势使得发动机 附近的燃料系统、排气系统、冷却系统等金属部件塑料化，传统的通用工程耐热性、 耐久性、耐药品性已达不到要求，双方面因素使得尼龙复合材料在汽车领域的用量 也将逐步从 82kg/辆提升至 96kg/辆。 原文链接：https://www.xianjichina.com/special/detail_529328.html 来源：贤集网 著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。 |
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