尼龍行業(yè)報(bào)告：尼龍復(fù)材迎千億市場，生物基尼龍乘勢而上

2023-07-05 14:47 作者:報(bào)告派 0人讀過 | 我要投稿

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1 尼龍復(fù)合材料有望成為最主流的工程材料之一

聚酰胺（Polyamide，簡稱 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。

目前玻璃纖維是最常見的尼龍?jiān)鰪?qiáng)材料。脂肪族尼龍具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐腐蝕、較強(qiáng)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(shí)需要對其進(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、潤滑劑、熱穩(wěn)定劑對尼龍進(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?，F(xiàn)尼龍?jiān)鰪?qiáng)纖維有玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維和玄武巖纖維等，碳纖維具有質(zhì)量輕、高強(qiáng)度、高模量、導(dǎo)電、導(dǎo)熱等多種優(yōu)良性能，但其成本較高、透明性較差，一般應(yīng)用于航空航天等高端領(lǐng)域；芳綸纖維屬于有機(jī)高性能纖維，由于芳綸本身也屬于聚酰胺品種，它和尼龍的相容性很好，在制作尼龍復(fù)合材料時(shí)不需要添加偶聯(lián)劑，但芳綸價(jià)格很高，用于一般民用工業(yè)品不具備價(jià)格優(yōu)勢，目前主要用做航空、軍工裝備的結(jié)構(gòu)材料；玄武巖纖維具有較好的穩(wěn)定性、電絕緣性、抗腐蝕性等優(yōu)異的性能，但是目前國內(nèi)工藝尚不成熟，生產(chǎn)設(shè)備經(jīng)常會出現(xiàn)斷頭飛絲或料液漫流的情況，且纖維原料使用粗放，產(chǎn)品質(zhì)量不高，生產(chǎn)效率也較低；玻璃纖維也具有絕緣性好、耐熱性強(qiáng)、抗腐蝕性好、機(jī)械強(qiáng)度大等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)玻璃纖維價(jià)格低，易于調(diào)色，工業(yè)工藝成熟，是目前運(yùn)用最廣泛的尼龍?jiān)鰪?qiáng)材料。

半芳香族尼龍兼具脂肪族和全芳香族尼龍優(yōu)點(diǎn)，目前商業(yè)化的高溫尼龍多屬于
半芳香族尼龍。脂肪族尼龍分子鏈屬于亞甲基組成的柔性分子鏈，所以 PA6 和 PA66
的耐熱性能較差，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和熔點(diǎn)較低。PA46 由丁二胺和己二酸縮聚而成，
也屬于脂肪族尼龍，但其酰胺鍵密度更高，可形成更多的氫鍵，能夠快速使聚合物
結(jié)晶，其結(jié)晶速度為 PA66 的 5 倍，PA6 的 10 倍，熔點(diǎn)能夠到達(dá) 295℃，因此也被
稱為高溫尼龍，目前脂肪族只有 PA46 屬于高溫尼龍；全芳香族尼龍由于高密度的
苯環(huán)結(jié)構(gòu)和鏈間強(qiáng)的氫鍵相互作用使其具有優(yōu)異的機(jī)械性能和耐熱性能，但也因?yàn)楸江h(huán)含量過高使其剛性過強(qiáng)，其熔點(diǎn)過高導(dǎo)致不能進(jìn)行熔融加工，限制了其在工程塑料方面的應(yīng)用和推廣；半芳香族尼龍兼具脂肪族和全芳香族尼龍的優(yōu)點(diǎn)，相比全芳香族尼龍分子鏈更柔順，結(jié)晶度更高，相比脂肪族尼龍又具有更高的熔點(diǎn)，綜合性能優(yōu)異，目前商業(yè)化的高溫尼龍大多為半芳香族尼龍，如 PA4T、PA6T、PA9T、PA10T、PAMXD6 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。

高溫尼龍復(fù)合材料的綜合性能更優(yōu)，尤其在耐高溫等方面表現(xiàn)優(yōu)異，被廣泛應(yīng)用于各類耐高溫的應(yīng)用場景中。
在需耐熱性的汽車部件領(lǐng)域，由于 PA46 耐磨性能優(yōu)異，被用于制造各類汽車部件。PA46 結(jié)構(gòu)對稱，結(jié)晶速度較快且結(jié)晶度高，其耐磨性和耐熱性在現(xiàn)有高溫尼龍中較為優(yōu)異，目前主要用于汽車中的電氣節(jié)氣門控制、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)、渦輪、可變進(jìn)氣系統(tǒng)以及其他機(jī)械中的齒輪、軸承等，但 PA46 的酰胺基密度高，而酰胺基屬于親水基團(tuán)，所以 PA46 吸水性在現(xiàn)有高溫尼龍中相對較高，吸水后的 PA46 的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和耐化學(xué)性都會受到影響。
在連接器、斷路器、開關(guān)等電子電氣領(lǐng)域，常使用 PA4T 和 PA6T，其熔點(diǎn)和變形溫度較高，適合 SMT 工藝且機(jī)械強(qiáng)度較高。 PA4T 和 PA6T 的鏈段中重復(fù)單元較短，熔點(diǎn)和熱變形溫度都非常高，兩者的熔點(diǎn)（PA6T 的熔點(diǎn)為 370℃）均超過自身分解溫度（PA6T 的分解溫度為 350℃），因此純 PA4T 和 PA6T 不易加工，目前商業(yè)化的 PA4T 和 PA6T 的產(chǎn)品都是引入了共聚物（一般是 PA6 或者 PA66）以降低自身熔點(diǎn)，目前 PA6T 和 PA4T 的共聚物熔點(diǎn)一般在 320℃左右。由于 PA4T 和PA6T 的熔點(diǎn)和熱變形溫度較高，能夠承受 SMT（Surface Mount Technology，表面組裝技術(shù)）工藝中的回流焊接高溫（一般回流焊的峰值溫度在 260℃左右），同時(shí)機(jī)械強(qiáng)度也較好，因此廣泛應(yīng)用于電子電氣和工業(yè)建筑領(lǐng)域，如各種連接器、開關(guān)、插座、繼電器、斷路器、手機(jī)筆記本電腦外殼、SMD 元件、電纜保護(hù)套等。

在 LED 領(lǐng)域，由于 PA9T 和 PA10T 吸水率較低且抗黃化較好而被廣泛應(yīng)用。
PA9T 和 PA10T 具有較長的碳鏈，酰胺基濃度較低，所以吸水率也較低，PA9T 的吸水率約為 0.17%，是 PA46 的 1/10，PA6T 的 1/3，PA9T 和 PA10T 的熔點(diǎn)沒有 PA4T和 PA6T 高，因此不需要共聚也可以進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，目前 PA9T 和 PA10T 被廣泛應(yīng)用于 LED 領(lǐng)域，如 LED 反射器、LED 支架、LED 照明、LED 光源反射板、液晶電視等，由于酰胺鍵容易被熱氧化斷裂分解生成帶色的過氧化物，普通尼龍?jiān)陂L期的高溫環(huán)境下容易變黃，會影響反射架的反射率，而 PA9T 和 PA10T 的酰胺鍵濃度低，抗黃化較好，且經(jīng)過多次回流焊后仍能保持較高的白度和反射率，此外，PA9T和 PA10T 也可以用于 SMT 貼片、水龍頭的混水閥和增壓管等。
在氣體阻隔材料領(lǐng)域，PAMXD6 具有優(yōu)異的二氧化碳等氣體阻隔性而被大量使用。PAMXD6是由間苯二甲胺和己二酸聚合而成，其耐熱性和力學(xué)性能稍差于PA6T，但其具有良好的加工性能和優(yōu)異的氣體阻隔性能，目前可用于塑料包裝、保鮮膜、密封罐頭等氣體阻隔材料領(lǐng)域。

2 尼龍復(fù)合材料市場空間超 2300 億，行業(yè)復(fù)合增速達(dá)到 19%

2.1 尼龍復(fù)合材料兼具高強(qiáng)度和輕量化的性能，廣泛用于汽車、電子電氣、消費(fèi)等領(lǐng)域

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

尼龍復(fù)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(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(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，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(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(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(dòng)尼龍復(fù)合材料需求同步提升。