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尼龍復(fù)合材料對(duì)應(yīng)千億級(jí)市場(chǎng)，一文詳解其增強(qiáng)材料有哪些？各有何優(yōu)勢(shì)？
文章來(lái)源：賢集網(wǎng) 更新時(shí)間：2023-07-10 16:27:59
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聚酰胺（Polyamide，簡(jiǎn)稱 PA）又被稱為尼龍（Nylon），是分子鏈重復(fù)單元中具有酰胺基團(tuán)（-NHCO-）的聚合物統(tǒng)稱。尼龍是五大工程塑料之首，其按照主鏈結(jié)構(gòu)中是否含有苯環(huán)可以分為脂肪族尼龍、半芳香族尼龍以及全芳香族尼龍，其中脂肪族尼龍較為代表的有 PA6、PA66，PA6 和 PA66 是最早開(kāi)發(fā)并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的尼龍品種，也是目前產(chǎn)量和消耗量最大分尼龍品種，約占尼龍總產(chǎn)量的 90%，除此之外還有 PA11、PA12、PA610 等。 脂肪族尼龍具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐腐蝕、較強(qiáng)的潤(rùn)滑性以及耐磨性，但也由于酰胺鍵的存在吸水性較高，尺寸穩(wěn)定性較差，因此在用作工程材料時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行改性，目前工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用填充改性的工藝，填充改性是指采用各種高性能纖維，同時(shí)添加增韌劑、潤(rùn)滑劑、熱穩(wěn)定劑對(duì)尼龍進(jìn)行改性以獲得強(qiáng)度高、尺寸穩(wěn)定性和加工性能好的復(fù)合材料，即尼龍復(fù)合材料。 玻璃纖維、碳纖維和芳綸纖維,如何選擇合適的增強(qiáng)材料? 復(fù)合材料的物理性能以纖維為主。這意味著，當(dāng)樹(shù)脂和纖維結(jié)合在一起時(shí)，它們的性能與單個(gè)纖維的性能非常相似。測(cè)試數(shù)據(jù)表明，纖維增強(qiáng)材料是承載大部分載荷的組件。 玻璃纖維增強(qiáng)材料 玻璃纖維是復(fù)合材料行業(yè)的基礎(chǔ)。自 1950 年代以來(lái)，它已被用于許多復(fù)合材料應(yīng)用中，并且其物理特性已被很好地理解。玻璃纖維重量輕，具有中等的拉伸和壓縮強(qiáng)度，可承受損壞和循環(huán)載荷，并且易于處理。 玻璃纖維是所有可用復(fù)合材料中使用最廣泛的。這主要是由于其相對(duì)較低的成本和適中的物理性能。玻璃纖維非常適合日常項(xiàng)目和不需要太高要求的纖維織物增加強(qiáng)度和耐用性的部件。為了最大限度地提高玻璃纖維的強(qiáng)度性能，它可以與環(huán)氧樹(shù)脂一起使用，并且可以使用標(biāo)準(zhǔn)層壓技術(shù)進(jìn)行固化。它非常適用于汽車、船舶、建筑、化工和航空行業(yè)的應(yīng)用，并且常用于體育用品。 芳綸纖維增強(qiáng)材料 芳綸纖維是最早在纖維增強(qiáng)塑料 (FRP) 行業(yè)獲得認(rèn)可的高強(qiáng)度合成纖維之一。復(fù)合材料級(jí)Kevlar®重量輕，具有出色的比抗張強(qiáng)度，并被認(rèn)為高度抗沖擊和耐磨。常見(jiàn)的應(yīng)用包括輕型船體，如皮劃艇和獨(dú)木舟、飛機(jī)機(jī)身面板和壓力容器、防割手套、防彈衣等。芳綸纖維 與環(huán)氧樹(shù)脂或乙烯基酯樹(shù)脂一起使用。 碳纖維增強(qiáng)材料 碳纖維的含碳量高達(dá) 90%以上，在 FRP 行業(yè)中具有最高的極限拉伸強(qiáng)度。事實(shí)上，它還擁有業(yè)內(nèi)最大的抗壓強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度。加工后，這些纖維結(jié)合起來(lái)形成碳纖維增強(qiáng)材料，如織物、絲束等。碳纖維增強(qiáng)材料提供高比強(qiáng)度和比剛度，它通常比其他纖維增強(qiáng)材料更昂貴。 為了最大限度地提高碳纖維的強(qiáng)度特性，它應(yīng)與環(huán)氧樹(shù)脂一起使用，并且可使用標(biāo)準(zhǔn)層壓技術(shù)進(jìn)行固化。它非常適用于汽車、船舶和航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用，并且經(jīng)常應(yīng)用于體育用品。 目前玻璃纖維是最常見(jiàn)的尼龍?jiān)鰪?qiáng)材料 現(xiàn)尼龍?jiān)鰪?qiáng)纖維有玻璃纖維、碳纖維和芳綸纖維等，在普通的尼龍復(fù)合材料中，主要的汽車和工業(yè)領(lǐng)域，玻纖增強(qiáng) PA6 和 PA66 是最常見(jiàn)的尼龍復(fù)合材料，擁有優(yōu)異的力學(xué)性能。純 PA6 和 PA66 材料吸水性大，尺寸穩(wěn)定性相對(duì)較差，經(jīng)玻纖改性后力學(xué)性能得到大幅提升，玻纖增強(qiáng) PA6 和 PA66擁有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度、耐磨性、抗蠕變性、高沖擊強(qiáng)度和機(jī)械減震性，因而目前廣泛應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)周邊部件如進(jìn)氣歧管、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋罩等，電子電氣的線圈骨架以及工業(yè)領(lǐng)域的齒輪軸承等部件。 在電線電纜及油 管等領(lǐng)域，PA11 和 PA12 復(fù)合材料吸濕率低，擁有良好的自潤(rùn)滑性和電氣絕緣性，被廣泛應(yīng)用。PA11 和 P12 中都存在著數(shù)量較多的非極性亞甲基基團(tuán)，這使得 PA11 和 PA12 分子鏈的柔順性較大，擁有優(yōu)異自潤(rùn)滑性，同時(shí) PA11和 PA12 均屬于自熄性材料，擁有較好的電氣絕緣性，但 PA11 和 PA12 的生產(chǎn)成本較高，目前玻纖增強(qiáng) PA11 和 PA12 主要應(yīng)用于汽車油 管和電線電纜保護(hù)套。 在齒輪軸承及電子電氣罩殼中，PA610 復(fù)合材料耐沖擊性等綜合性能突出被廣泛應(yīng)用。PA610 具有良好的耐沖擊性、抗疲勞性和耐磨性，其力學(xué)強(qiáng)度雖低于 PA6、PA66，但高于 PA11、PA12，PA610 吸水率低于 PA6 和 PA66，耐熱性高于 PA11和 PA12，且也屬于自熄性材料，目前玻纖增強(qiáng) PA610 主要應(yīng)用于汽車工業(yè)領(lǐng)域的齒輪、軸承以及電子電氣領(lǐng)域的各種罩殼。 碳纖維增強(qiáng)尼龍復(fù)合材料性能優(yōu)勢(shì)明顯 碳纖增強(qiáng)尼龍有顯著的各向異性柔軟，可加工成各種織物，又由于比重小，沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度，碳纖增強(qiáng)尼龍?jiān)鰪?qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，其比強(qiáng)度、比模量綜合指標(biāo)，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料中是最高的。碳纖增強(qiáng)尼龍樹(shù)脂復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度一般都在3500兆帕以上，是鋼的7到9倍，抗拉彈性模量為230到430G帕亦高于鋼；因此CFRP的比強(qiáng)度即材料的強(qiáng)度與其密度之比可達(dá)到2000兆帕以上，而A3鋼的比強(qiáng)度僅為59兆帕左右，碳纖增強(qiáng)尼龍比模量也比鋼高。 與傳統(tǒng)的玻纖增強(qiáng)尼龍相比，楊氏模量（指表征在彈性限度內(nèi)物質(zhì)材料抗拉或抗壓的物理量）是玻璃纖維的3倍多；與凱芙拉纖維相比，不僅楊氏模量是其的2倍左右。碳纖增強(qiáng)尼龍環(huán)氧樹(shù)脂層壓板的試驗(yàn)表明，隨著孔隙率的增加，強(qiáng)度和模量均下降。孔隙率對(duì)層間剪切強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量的影響非常大；拉伸強(qiáng)度隨著孔隙率的增加下降的相對(duì)慢一些；拉伸模量受孔隙率影響較小。 碳纖增強(qiáng)尼龍還具有極好的纖度（纖度的表示法之一是9000米長(zhǎng)纖維的克數(shù)），一般僅約為19克，拉力高達(dá)300kg每微米。幾乎沒(méi)有其他改性工程塑料像碳纖增強(qiáng)尼龍那樣具有那么多一系列的優(yōu)異性能，因此在旨度、剛度、重度、疲勞特性等有嚴(yán)格要求的領(lǐng)域。在不接觸空氣和氧化劑時(shí)，碳纖增強(qiáng)尼龍能夠耐受3000度以上的高溫，具有突出的耐熱性能，與其他材料相比，碳纖增強(qiáng)尼龍要溫度高于1500℃時(shí)強(qiáng)度才開(kāi)始下降，而且溫度越高，纖維強(qiáng)度越大。 碳纖增強(qiáng)尼龍的徑向強(qiáng)度不如軸向強(qiáng)度，因而碳纖增強(qiáng)尼龍忌徑向強(qiáng)力（即不能打結(jié)）而其他材料的晶須性能也早已大大的下降。另外碳纖增強(qiáng)尼龍還具有良好的耐低溫性能，如在液氮溫度下也不脆化。 尼龍復(fù)合材料對(duì)應(yīng)千億級(jí)市場(chǎng) 尼龍復(fù)合材料下游應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，2025 年尼龍復(fù)合材料市場(chǎng)將超過(guò) 2300 億元。 尼龍復(fù)合材料擁有優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性、自潤(rùn)滑性、耐老化性等性能，其中高溫尼龍 具有優(yōu)異的耐高溫、高強(qiáng)度和耐化學(xué)品性，尼龍復(fù)合材料被廣泛應(yīng)用于汽車、電子 電氣、消費(fèi)、工業(yè)建筑等領(lǐng)域。尼龍材料在汽車、電子電氣領(lǐng)域的應(yīng)用占比較大，約占 80%。根據(jù)新思界產(chǎn)業(yè) 研究中心數(shù)據(jù)，目前電子電氣和汽車是最大的應(yīng)用領(lǐng)域，兩者合計(jì)應(yīng)用占比約 80%， 除此之外，應(yīng)用領(lǐng)域還包括家庭廚衛(wèi)、航空航天等領(lǐng)域。 2022 年全球連接器市場(chǎng)規(guī)模為 841 億美元，同比增長(zhǎng) 7.82%。連接器的主要 作用是使電路內(nèi)被阻斷處或孤立不通的電路之間的電流流通，使電路實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功 能，目前尼龍復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于連接器端子，尼龍材質(zhì)接線端子使用壽命長(zhǎng)，連 接性好，2022 年全球連接器市場(chǎng)規(guī)模為 841 億美元，同比增長(zhǎng) 7.82%。 2022 年全球 LED 照明市場(chǎng)規(guī)模為 11078 億元，預(yù)計(jì) 23 年達(dá)到近 11439 億元。 在 LED 照明領(lǐng)域，由于產(chǎn)品在封裝制造的過(guò)程中會(huì)發(fā)生局部高熱，對(duì)于塑料的耐溫 性提出了一定要求，是高溫尼龍的主要應(yīng)用場(chǎng)景，其主要應(yīng)用于 LED 支架，主要方 式是采用注塑工藝結(jié)合到銅支架上，成型后內(nèi)部為一反射碗型，用于加強(qiáng)聚光及亮 度并保護(hù)芯片及內(nèi)部電路，截至 2022 年，全球 LED 照明市場(chǎng)規(guī)模為 11078 億元， 同比增長(zhǎng) 4.32%。電氣領(lǐng)域市場(chǎng)規(guī)模的不斷增長(zhǎng)將帶動(dòng)尼龍復(fù)合材料需求同步提升。 2022 年全球智能手機(jī)、平板出貨量近 300 萬(wàn)臺(tái)，2021 年可穿戴設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模超 550 億美元，同比增長(zhǎng) 13.55%。尼龍復(fù)合材料可應(yīng)用于手機(jī)天線、手機(jī)結(jié)構(gòu)件、 手機(jī) USB 連接器、電腦外殼、電腦風(fēng)扇等，疫 情影響下大部分高校以及企業(yè)均開(kāi)展 線上辦公模式，大規(guī)模的線上辦公帶動(dòng)全球智能手機(jī)、平板出貨量增長(zhǎng)，截至 2022 年，全球智能手機(jī)出貨量為 12.03 億部，全球平板電腦出貨量為 16280 萬(wàn)臺(tái)，智能 手機(jī)及平板需求增長(zhǎng)將帶動(dòng)尼龍復(fù)合材料及高溫尼龍需求基本維持平衡。此外，尼 龍復(fù)合材料還可以用于智能手表 LDS 立體電路激光鐳雕天線以及表殼、內(nèi)部支架以 及后殼等部件，隨著移動(dòng)通信、圖像技術(shù)、人工智能等技術(shù)的不斷發(fā)展及創(chuàng)新融合， 在全球應(yīng)用和體驗(yàn)式消費(fèi)的驅(qū)動(dòng)下，可穿戴設(shè)備迅速發(fā)展，已成為全球增長(zhǎng)最快的 高科技市場(chǎng)之一。 汽車領(lǐng)域，2022 年全球新能源汽車銷量超 1007 萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng) 63.2%，尼龍 復(fù)合材料用量也將提升近 20%。在汽車領(lǐng)域，尼龍復(fù)合材料主要應(yīng)用于汽車的發(fā)動(dòng) 機(jī)系統(tǒng)、排期控制元件（例如各種傳感器、連接器、開(kāi)關(guān)等）、油過(guò)濾器外殼等。就 新能源汽車而言，冷卻液管路是車上的重要零部件，需要滿足耐水解、耐油、耐高溫 等多種要求，而尼龍復(fù)合材料重量輕，加工工藝簡(jiǎn)單，已逐漸成為冷卻潤(rùn)滑管路的 主要使用材料。截至 2022 年，全球新能源汽車?yán)塾?jì)銷量達(dá) 1007 萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng) 63.20%，新能源汽車的飛速發(fā)展將帶動(dòng)尼龍復(fù)合材料需求同步增長(zhǎng)。就傳統(tǒng)汽車而 言，一方面，“雙碳”背景下，對(duì)汽車碳排放的削減和油耗量的減少需要提高發(fā)動(dòng)機(jī) 的燃燒溫度，使其充分燃燒；另一方面，汽車輕量化、“以塑代鋼”趨勢(shì)使得發(fā)動(dòng)機(jī) 附近的燃料系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等金屬部件塑料化，傳統(tǒng)的通用工程耐熱性、 耐久性、耐藥品性已達(dá)不到要求，雙方面因素使得尼龍復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域的用量 也將逐步從 82kg/輛提升至 96kg/輛。 原文鏈接：https://www.xianjichina.com/special/detail_529328.html 來(lái)源：賢集網(wǎng) 著作權(quán)歸作者所有。商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系作者獲得授權(quán)，非商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。 |
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