無人機(jī)行業(yè)情況
中國是全球領(lǐng)先的無人機(jī)生產(chǎn)制造大國，世界上超過70%的無人機(jī)是在深圳制造。無人機(jī)在中國的興起并非意外，作為全球首屈一指的制造業(yè)大國，中國能夠以其低成本的優(yōu)勢進(jìn)行快速大規(guī)模的新技術(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)和制造，并且依托國內(nèi)巨大的消費(fèi)市場，在無人機(jī)的細(xì)分應(yīng)用領(lǐng)域，全國范圍內(nèi)更是涌現(xiàn)了一批又一批的優(yōu)秀無人機(jī)生產(chǎn)制造企業(yè)。
無人機(jī)的應(yīng)用包括煙花表演、環(huán)境監(jiān)測、測繪、消防、快遞物流、災(zāi)情評估、軍事、農(nóng)林牧業(yè)等領(lǐng)域。隨著社會(huì)進(jìn)步和科技發(fā)展，無人機(jī)應(yīng)用的日益擴(kuò)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(jī)飛行器在各個(gè)行業(yè)大顯身手，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)張，產(chǎn)業(yè)規(guī)模飛速增長。
隨著無人機(jī)的大規(guī)模發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域的不斷開發(fā)，除了飛控系統(tǒng)，智能軟件等方面，無人機(jī)硬件用材料也在不斷變化，性能更加優(yōu)良的復(fù)合材料是無人機(jī)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)爆發(fā)、應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)張的基石。
其中，無人機(jī)螺旋槳是一種技術(shù)含量高，制造工藝復(fù)雜，材料性能要求苛刻的重要部件，基于此，螺旋槳材質(zhì)的選擇也成為無人機(jī)廠商的關(guān)注重點(diǎn)。
無人機(jī)槳葉材質(zhì)特點(diǎn)
對于無人機(jī)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(wù)能否順利地進(jìn)行。螺旋槳選的好可以增強(qiáng)飛行的穩(wěn)定性，增強(qiáng)飛行的手感，反之如果螺旋槳選的不好，則會(huì)增加飛行的不穩(wěn)定因素，影響飛行任務(wù)，嚴(yán)重的可能導(dǎo)致炸機(jī)現(xiàn)象的出現(xiàn)。
無人機(jī)螺旋槳按材質(zhì)與加工工藝的不同可大致分為塑料螺旋槳、碳纖維增強(qiáng)熱固性塑料螺旋槳、碳纖維增強(qiáng)熱塑性螺旋槳。
塑料螺旋槳
純塑料螺旋槳搭配空心杯電機(jī)，這個(gè)在玩具飛機(jī)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(qiáng)度低，只能制作玩具級小型產(chǎn)品。
圖片源自detail.1688.com
碳纖維增強(qiáng)熱固性塑料螺旋槳
碳纖維增強(qiáng)熱固性塑料螺旋槳在行業(yè)級無人機(jī)中比較常見，其優(yōu)點(diǎn)是重量輕，抗張強(qiáng)度高，耐摩擦；缺點(diǎn)則是材性屬于性脆材料無法修復(fù)，需采用熱壓成型工藝，能耗高，成型時(shí)間長、效率低，加工困難，制作成本高。
圖片源自安陽市豪克航空科技有限公司官網(wǎng)
碳纖維增強(qiáng)熱塑性螺旋槳
碳纖維增強(qiáng)熱塑性螺旋槳既可以在消費(fèi)級無人機(jī)使用，又可以在工業(yè)級無人機(jī)使用，同時(shí)保持了塑料和碳纖維兩者的特點(diǎn)，價(jià)格適中，并且塑料與碳纖維的比例可控制調(diào)節(jié)，機(jī)械強(qiáng)度可控，動(dòng)態(tài)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。
圖片源自detail.1688.com
針對農(nóng)用無人機(jī)等較大型的行業(yè)無人機(jī)槳葉來說，一方面要對無人機(jī)機(jī)身減重，二是在減重的同時(shí)還要保持機(jī)身材料的性能優(yōu)異，這時(shí)候常規(guī)材料已經(jīng)無法滿足要求，碳纖維特種尼龍復(fù)合材料逐漸走入市場。
圖片源自pixabay.com
碳纖維增強(qiáng)尼龍復(fù)合材料
無人機(jī)槳葉材質(zhì)方案
PA66+PA MACM12+CF
PA66（己二酸己二酰胺），常規(guī)工程塑料，熔點(diǎn)260 ，常用做汽車，電動(dòng)工具結(jié)構(gòu)支撐件，PA66較常規(guī)塑料的機(jī)械強(qiáng)度較高，但其吸水性易導(dǎo)致制品變形；透明尼龍PA MACM12，常用作眼鏡框，汽車油杯等領(lǐng)域，較高回彈性，既有強(qiáng)度又有韌性，流動(dòng)性好，吸水性低，可以彌補(bǔ)PA66的一些缺陷。
該方案重點(diǎn)在于PA MACM12的高流動(dòng)性可以提高復(fù)合材料的碳纖維添加比例，從而提高整體材料的機(jī)械強(qiáng)度。
高溫尼龍PPA+CF
高溫尼龍?jiān)跓o人機(jī)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(jī)械強(qiáng)度高、剛性強(qiáng)、吸水性低、結(jié)晶速度快，熱變形溫度高的優(yōu)點(diǎn)。但由于高溫尼龍聚合工藝復(fù)雜，國內(nèi)自有產(chǎn)能嚴(yán)重不足，成本居高不下，并且常出現(xiàn)缺貨情況；高溫尼龍熔點(diǎn)達(dá)到320 以上，加工成型能耗太高，設(shè)備磨損嚴(yán)重，結(jié)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(qiáng)，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(diǎn)（這點(diǎn)特別適合做螺旋槳）。其間苯結(jié)構(gòu)，使PA MXD6為半結(jié)晶性尼龍，熔點(diǎn)在235 左右，具有易于加工節(jié)能低耗的特點(diǎn)，但其剛性太強(qiáng)，韌性不足，需要添加一定比例的長鏈尼龍PA612回調(diào)其韌性。
上述數(shù)據(jù)由 東莞市安塑億高分子材料科技有限公司提供
方案整體對比
三種方案中，PA66在機(jī)械強(qiáng)度和吸水性、尺寸精度上略有不足，主要通過PA MACM12的高流動(dòng)性提高碳纖維添加量來提高機(jī)械強(qiáng)度；PA MXD6與PA6T均屬于半芳香族尼龍，分子內(nèi)苯環(huán)結(jié)構(gòu)使其機(jī)械強(qiáng)度較高，吸水性較低，尺寸穩(wěn)定性較好。
PA66熔點(diǎn)260 ，能耗適中，加工工藝較簡單；PA6T熔點(diǎn)320 ，是三種方案中能耗最高，加工難度最大的；PA MXD6熔點(diǎn)235 ，在能耗方面最小，同時(shí)具有高流動(dòng)、高剛性、高強(qiáng)度的特點(diǎn)，易于制造較高碳纖維填充材料，其不完全結(jié)晶性，使其結(jié)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(jià)格偏高，預(yù)計(jì)國內(nèi)己二腈、己二胺產(chǎn)能釋放后會(huì)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(chǎn)，力求加快國產(chǎn)化進(jìn)程，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。PA6T主要產(chǎn)能主要集中在國外化工巨頭，國內(nèi)產(chǎn)能也在逐步增加，卻產(chǎn)量嚴(yán)重不足，價(jià)格居高不下。
當(dāng)前PA MXD6價(jià)格與PA6T相仿，但PA MXD6目前已實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)化，《北京安耐吉2萬噸尼龍聚合項(xiàng)目》投產(chǎn)后將成為國內(nèi)最大的PA MXD6聚合廠商，隨著產(chǎn)能的逐步擴(kuò)大，成本也會(huì)逐步下降。
綜合來看，PA MXD6無人機(jī)槳葉復(fù)合材料方案，在性能、加工性、能耗、成本、供應(yīng)穩(wěn)定性各方面具有其他方案所不具備的優(yōu)勢，是無人機(jī)槳葉材料的優(yōu)選方案。
