改性PA塑料，給無人機的螺旋槳加把力！

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本文來源 | 新材料研習社

無人機行業情況

中國是全球領先的無人機生產制造大國，世界上超過70%的無人機是在深圳制造。無人機在中國的興起并非意外，作為全球首屈一指的制造業大國，中國能夠以其低成本的優勢進行快速大規模的新技術產品生產和制造，并且依托國內巨大的消費市場，在無人機的細分應用領域，全國范圍內更是涌現了一批又一批的優秀無人機生產制造企業。

無人機的應用包括煙花表演、環境監測、測繪、消防、快遞物流、災情評估、軍事、農林牧業等領域。隨著社會進步和科技發展，無人機應用的日益擴大及其用戶群體不斷壯大，催生出了巨大的市場潛力，中國的無人機飛行器在各個行業大顯身手，應用領域不斷擴張，產業規模飛速增長。

隨著無人機的大規模發展，應用領域的不斷開發，除了飛控系統，智能軟件等方面，無人機硬件用材料也在不斷變化，性能更加優良的復合材料是無人機實現產業爆發、應用領域擴張的基石。其中，無人機螺旋槳是一種技術含量高，制造工藝復雜，材料性能要求苛刻的重要部件，基于此，螺旋槳材質的選擇也成為無人機廠商的關注重點。

無人機槳葉材質特點

對于無人機來說，螺旋槳是其順利飛行的重要組成部分，螺旋槳選擇的好壞影響著飛行任務能否順利地進行。螺旋槳選的好可以增強飛行的穩定性，增強飛行的手感，反之如果螺旋槳選的不好，則會增加飛行的不穩定因素，影響飛行任務，嚴重的可能導致炸機現象的出現。

無人機螺旋槳按材質與加工工藝的不同可大致分為塑料螺旋槳、碳纖維增強熱固性塑料螺旋槳、碳纖維增強熱塑性螺旋槳。

塑料螺旋槳

純塑料螺旋槳搭配空心杯電機，這個在玩具飛機上面很常見，常用注塑工藝，易于加工，成本低，模具加工精度高，重量輕、耐用、柔性較好，但其葉片易變形、強度低，只能制作玩具級小型產品。

碳纖維增強熱固性塑料螺旋槳

碳纖維增強熱固性塑料螺旋槳在行業級無人機中比較常見，其優點是重量輕，抗張強度高，耐摩擦；缺點則是材性屬于性脆材料無法修復，需采用熱壓成型工藝，能耗高，成型時間長、效率低，加工困難，制作成本高。

碳纖維增強熱塑性螺旋槳

碳纖維增強熱塑性螺旋槳既可以在消費級無人機使用，又可以在工業級無人機使用，同時保持了塑料和碳纖維兩者的特點，價格適中，并且塑料與碳纖維的比例可控制調節，機械強度可控，動態平衡相對碳纖維來說更好做，靜音降噪效果顯著，采用注塑加工工藝，易于加工且加工成本低。

針對農用無人機等較大型的行業無人機槳葉來說，一方面要對無人機機身減重，二是在減重的同時還要保持機身材料的性能優異，這時候常規材料已經無法滿足要求，碳纖維特種尼龍復合材料逐漸走入市場。

碳纖維增強尼龍復合材料

無人機槳葉材質方案

PA66+PA MACM12+CF

PA66（己二酸己二酰胺），常規工程塑料，熔點260℃，常用做汽車，電動工具結構支撐件，PA66較常規塑料的機械強度較高，但其吸水性易導致制品變形；透明尼龍PA MACM12，常用作眼鏡框，汽車油杯等領域，較高回彈性，既有強度又有韌性，流動性好，吸水性低，可以彌補PA66的一些缺陷。

該方案重點在于PA MACM12的高流動性可以提高復合材料的碳纖維添加比例，從而提高整體材料的機械強度。

高溫尼龍PPA+CF

高溫尼龍在無人機槳葉上常用的是PA6T（聚對苯二甲酸己二酰胺），屬半芳香族尼龍，具有機械強度高、剛性強、吸水性低、結晶速度快，熱變形溫度高的優點。但由于高溫尼龍聚合工藝復雜，國內自有產能嚴重不足，成本居高不下，并且常出現缺貨情況；高溫尼龍熔點達到320℃以上，加工成型能耗太高，設備磨損嚴重，結晶成型速度太快，制造大型葉片加工難度較高。

PA MXD6+PA612+CF

PA MXD6（聚己二酸間苯二甲酰胺），屬半芳香族尼龍，具有彎曲模量高，剛性強，吸水率低，尺寸收縮率小，適于加工尺寸精度要求高的薄壁型制品，并且具有其他材料所不具備的高扭矩特點（這點特別適合做螺旋槳）。其間苯結構，使PA MXD6為半結晶性尼龍，熔點在235℃左右，具有易于加工節能低耗的特點，但其剛性太強，韌性不足，需要添加一定比例的長鏈尼龍PA612回調其韌性。

方案整體對比

三種方案中，PA66在機械強度和吸水性、尺寸精度上略有不足，主要通過PA MACM12的高流動性提高碳纖維添加量來提高機械強度；PA MXD6與PA6T均屬于半芳香族尼龍，分子內苯環結構使其機械強度較高，吸水性較低，尺寸穩定性較好。

PA66熔點260℃，能耗適中，加工工藝較簡單；PA6T熔點320℃，是三種方案中能耗最高，加工難度最大的；PA MXD6熔點235℃，在能耗方面最小，同時具有高流動、高剛性、高強度的特點，易于制造較高碳纖維填充材料，其不完全結晶性，使其結晶成型速度較慢，保持比較好的制品表觀。

在成本方面，PA66目前受制于上游原材料緊缺，價格偏高，預計國內己二腈、己二胺產能釋放后會有所緩解，PA MACM12是該文所有材料中最貴的，北京安耐吉的透明尼龍正在增產，力求加快國產化進程，擴大其應用范圍。PA6T主要產能主要集中在國外化工巨頭，國內產能也在逐步增加，卻產量嚴重不足，價格居高不下。

當前PA MXD6價格與PA6T相仿，但PA MXD6目前已實現全產業鏈國產化，《北京安耐吉2萬噸尼龍聚合項目》投產后將成為國內最大的PA MXD6聚合廠商，隨著產能的逐步擴大，成本也會逐步下降。

綜合來看，PA MXD6無人機槳葉復合材料方案，在性能、加工性、能耗、成本、供應穩定性各方面具有其他方案所不具備的優勢，是無人機槳葉材料的優選方案。

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