脂肪族尼龍具有優(yōu)異的力學性能、耐腐蝕、較強的潤滑性以及耐磨性，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需要對其進行改性，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，同時添加增韌劑、潤滑劑、熱穩(wěn)定劑對尼龍進行改性以獲得強度高、尺寸穩(wěn)定性和加工性能好的復合材料，即尼龍復合材料。

　　

　　玻璃纖維、碳纖維和芳綸纖維,如何選擇合適的增強材料?

　　

　　復合材料的物理性能以纖維為主。這意味著，當樹脂和纖維結(jié)合在一起時，它們的性能與單個纖維的性能非常相似。測試數(shù)據(jù)表明，纖維增強材料是承載大部分載荷的組件。

　　

　　玻璃纖維增強材料

　　

　　玻璃纖維是復合材料行業(yè)的基礎(chǔ)。自 1950 年代以來，它已被用于許多復合材料應(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合材料中使用最廣泛的。這主要是由于其相對較低的成本和適中的物理性能。玻璃纖維非常適合日常項目和不需要太高要求的纖維織物增加強度和耐用性的部件。為了最大限度地提高玻璃纖維的強度性能，它可以與環(huán)氧樹脂一起使用，并且可以使用標準層壓技術(shù)進行固化。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。

 

　　

 

　　芳綸纖維增強材料

　　

　　芳綸纖維是最早在纖維增強塑料 (FRP) 行業(yè)獲得認可的高強度合成纖維之一。復合材料級Kevlar?重量輕，具有出色的比抗張強度，并被認為高度抗沖擊和耐磨。常見的應(yīng)用包括輕型船體，如皮劃艇和獨木舟、飛機機身面板和壓力容器、防割手套、防彈衣等。芳綸纖維 與環(huán)氧樹脂或乙烯基酯樹脂一起使用。

　　

　　碳纖維增強材料

　　

　　碳纖維的含碳量高達 90%以上，在 FRP 行業(yè)中具有最高的極限拉伸強度。事實上，它還擁有業(yè)內(nèi)最大的抗壓強度和彎曲強度。加工后，這些纖維結(jié)合起來形成碳纖維增強材料，如織物、絲束等。碳纖維增強材料提供高比強度和比剛度，它通常比其他纖維增強材料更昂貴。

　　

　　為了最大限度地提高碳纖維的強度特性，它應(yīng)與環(huán)氧樹脂一起使用，并且可使用標準層壓技術(shù)進行固化。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的尼龍增強材料

　　

　　現(xiàn)尼龍增強纖維有玻璃纖維、碳纖維和芳綸纖維等，在普通的尼龍復合材料中，主要的汽車和工業(yè)領(lǐng)域，玻纖增強 PA6 和 PA66 是最常見的尼龍復合材料，擁有優(yōu)異的力學性能。純 PA6 和 PA66 材料吸水性大，尺寸穩(wěn)定性相對較差，經(jīng)玻纖改性后力學性能得到大幅提升，玻纖增強 PA6 和 PA66擁有優(yōu)異的機械強度、耐磨性、抗蠕變性、高沖擊強度和機械減震性，因而目前廣泛應(yīng)用于汽車發(fā)動機周邊部件如進氣歧管、發(fā)動機蓋罩等，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 復合材料吸濕率低，擁有良好的自潤滑性和電氣絕緣性，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，這使得 PA11 和 PA12 分子鏈的柔順性較大，擁有優(yōu)異自潤滑性，同時 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 PA11 和 PA12 主要應(yīng)用于汽車油 管和電線電纜保護套。
 

　　

　　在齒輪軸承及電子電氣罩殼中，PA610 復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，其力學強度雖低于 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 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。

　　

　　碳纖維增強尼龍復合材料性能優(yōu)勢明顯

　　

　　碳纖增強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)出很高的強度，碳纖增強尼龍增強環(huán)氧樹脂復合材料，其比強度、比模量綜合指標，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料中是最高的。碳纖增強尼龍樹脂復合材料抗拉強度一般都在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的比強度即材料的強度與其密度之比可達到2000兆帕以上，而A3鋼的比強度僅為59兆帕左右，碳纖增強尼龍比模量也比鋼高。

　　

　　與傳統(tǒng)的玻纖增強尼龍相比，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。碳纖增強尼龍環(huán)氧樹脂層壓板的試驗表明，隨著孔隙率的增加，強度和模量均下降。孔隙率對層間剪切強度、彎曲強度、彎曲模量的影響非常大；拉伸強度隨著孔隙率的增加下降的相對慢一些；拉伸模量受孔隙率影響較小。

　　

　　碳纖增強尼龍還具有極好的纖度（纖度的表示法之一是9000米長纖維的克數(shù)），一般僅約為19克，拉力高達300kg每微米。幾乎沒有其他改性工程塑料像碳纖增強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、疲勞特性等有嚴格要求的領(lǐng)域。在不接觸空氣和氧化劑時，碳纖增強尼龍能夠耐受3000度以上的高溫，具有突出的耐熱性能，與其他材料相比，碳纖增強尼龍要溫度高于1500℃時強度才開始下降，而且溫度越高，纖維強度越大。

　　

　　碳纖增強尼龍的徑向強度不如軸向強度，因而碳纖增強尼龍忌徑向強力（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。

　　

　　尼龍復合材料對應(yīng)千億級市場

　　

　　尼龍復合材料下游應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，2025 年尼龍復合材料市場將超過 2300 億元。

　　

　　尼龍復合材料擁有優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性、自潤滑性、耐老化性等性能，其中高溫尼龍 具有優(yōu)異的耐高溫、高強度和耐化學品性，尼龍復合材料被廣泛應(yīng)用于汽車、電子 電氣、消費、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 年全球連接器市場規(guī)模為 841 億美元，同比增長 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，使電路實現(xiàn)預定的功 能，目前尼龍復合材料廣泛應(yīng)用于連接器端子，尼龍材質(zhì)接線端子使用壽命長，連 接性好，2022 年全球連接器市場規(guī)模為 841 億美元，同比增長 7.82%。 2022 年全球 LED 照明市場規(guī)模為 11078 億元，預計 23 年達到近 11439 億元。 在 LED 照明領(lǐng)域，由于產(chǎn)品在封裝制造的過程中會發(fā)生局部高熱，對于塑料的耐溫 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，用于加強聚光及亮 度并保護芯片及內(nèi)部電路，截至 2022 年，全球 LED 照明市場規(guī)模為 11078 億元， 同比增長 4.32%。電氣領(lǐng)域市場規(guī)模的不斷增長將帶動尼龍復合材料需求同步提升。

　　

　　2022 年全球智能手機、平板出貨量近 300 萬臺，2021 年可穿戴設(shè)備市場規(guī)模超 550 億美元，同比增長 13.55%。尼龍復合材料可應(yīng)用于手機天線、手機結(jié)構(gòu)件、 手機 USB 連接器、電腦外殼、電腦風扇等，疫 情影響下大部分高校以及企業(yè)均開展 線上辦公模式，大規(guī)模的線上辦公帶動全球智能手機、平板出貨量增長，截至 2022 年，全球智能手機出貨量為 12.03 億部，全球平板電腦出貨量為 16280 萬臺，智能 手機及平板需求增長將帶動尼龍復合材料及高溫尼龍需求基本維持平衡。此外，尼 龍復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)用和體驗式消費的驅(qū)動下，可穿戴設(shè)備迅速發(fā)展，已成為全球增長最快的 高科技市場之一。

　　

　　汽車領(lǐng)域，2022 年全球新能源汽車銷量超 1007 萬輛，同比增長 63.2%，尼龍 復合材料用量也將提升近 20%。在汽車領(lǐng)域，尼龍復合材料主要應(yīng)用于汽車的發(fā)動 機系統(tǒng)、排期控制元件（例如各種傳感器、連接器、開關(guān)等）、油過濾器外殼等。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，而尼龍復合材料重量輕，加工工藝簡單，已逐漸成為冷卻潤滑管路的 主要使用材料。截至 2022 年，全球新能源汽車累計銷量達 1007 萬輛，同比增長 63.20%，新能源汽車的飛速發(fā)展將帶動尼龍復合材料需求同步增長。就傳統(tǒng)汽車而 言，一方面，“雙碳”背景下，對汽車碳排放的削減和油耗量的減少需要提高發(fā)動機 的燃燒溫度，使其充分燃燒；另一方面，汽車輕量化、“以塑代鋼”趨勢使得發(fā)動機 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、耐藥品性已達不到要求，雙方面因素使得尼龍復合材料在汽車領(lǐng)域的用量 也將逐步從 82kg/輛提升至 96kg/輛。