高性能尼龙复合材料的研究和应用情况
2024年07月05日•新闻资讯
聚酰胺（PA、俗称尼龙）具有良好的综合性能，包括力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学药品性和自润滑性，且摩擦系数低，有一定的阻燃性，易于加工，适于用玻璃纤维和其它填料填充增强改性，提高性能和扩大应用范围。聚酰胺可由二元胺和二元酸制取，也可以用ω-氨基酸或环内酰胺来合成。根据二元胺和二元酸或氨基酸中含有碳原子数的不同，可制得多种不同的聚酰胺，目前聚酰胺品种多达几十种，其中以聚酰胺-6、聚酰胺-66和聚酰胺-610的应用最广泛。1. 尼龙6（Nylon 6）：这是最常见的尼龙类型之一，以其优异的强度、耐磨性和良好的加工性能而受到青睐。尼龙6广泛应用于纺织品、地毯、绳索和工业用带。2. 尼龙66（Nylon 66）：尼龙66以其更高的熔点和更好的机械性能而著称，常用于生产高性能的工程塑料和纤维。它在汽车、航空和电子行业中有着广泛的应用。3. 尼龙610（Nylon 610）：尼龙610结合了尼龙6和尼龙11的特性，具有良好的机械性能和耐化学性，适用于生产高性能的工程塑料和纤维。通常，通过纤维增强，可提高尼龙的机械强度，达到金属材料的强度，并取代金属。譬如，相比于尼龙66 材料，玻璃纤维增强尼龙66复合材料具有更高的刚性和模量、尺寸稳定性好、冲击强度高等优势，且成本较低，可广泛用于汽车发动机进气管、中冷管、罩盖以及汽车转向系统传感器罩盖、底盘系统用壳体等相关零部件中。
一、 高性能纤维增强尼龙复合材料
碳纤维增强聚合物基复合材料已在某些领域逐渐取代玻璃纤维增强复合材料、铝合金和钢材的趋势。随着技术、工艺的进步，将在新能源（风能发电大型轻量化叶片）、汽车（保险杠、刹车片、叶轮等）和航空航天（飞机结构件及零部件等）、机械、电子、体育运动器材和医疗器材等领域有很好的发展前景。研究人员对比了纤维含量约为30%时，碳纤和玻纤增强PA66材料的机械性能。对比发现碳纤增强PA66 复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量均有大幅度提高。同时，碳纤维的加入极大降低了尼龙材料的熔融指数，这是因为在复合材料中，碳纤维在尼龙66基体间穿插，使复合材料的熔融状态流动速率变差，及内摩擦力加大。
图 碳纤维尼龙66杯架
二、 汽车用玻纤增强尼龙复合材料玻纤增强尼龙66复合材料由于其综合了无机玻璃纤维优异的力学性能、耐热性能和尼龙66的韧性和容易加工的性能，该复合材料具有更为优异的综合性能，而且该材料密度小、质量轻，所以广泛应用于汽车的进气歧管、发动机罩盖、侧门尾门、后视镜连接件、风扇叶片等零部件。安徽中翰高分子科技有限公司龚梦晴等人[1]，研究了玻纤含量对汽车用玻纤增强尼龙复合材料性能的影响，研究结果表明：在试验范围内，玻纤增强尼龙66复合材料的物理机械性能随着玻纤含量的增加改善明显，当玻纤在复合材料中添加的比例为50%时，相比于纯尼龙66树脂材料，玻纤增强尼龙66复合材料的拉伸强度、弯曲模量、弯曲强度和冲击强度性能都提高显著，分别提高了229%，445%，227%和338%；当玻纤质量含量达到25%时，玻纤增强尼龙66复合材料的热变形温度高达240℃，相比于纯尼龙66树脂材料，热变形温度提高了269%。三、 3D打印连续碳纤维尼龙复合材料连续碳纤维增强复合材料具有高强度、刚性、耐磨、耐高温和轻量化等优点，适用于需要高性能且轻量化的领域。将3D打印技术用于制备连续碳纤维增强复合材料则具有更高效、低成本、高材料利用率和灵活生产等优势。冯嘉伟等人[2]研究了挤出宽度、层厚、打印温度对打印材料拉伸性能以及弯曲性能的影响，并探究了退火后处理对材料力学性能的影响。研究表明，当挤出宽度为0.65 mm、层厚为0.1 mm且退火后处理时，复材的拉伸性能最优，打印温度的影响较小。 
