低空經濟促進工程塑料需求增長

低空經濟正以超乎想象的速度從科幻走進現實。它已連續兩年被寫入政府工作報告，根據數據顯示，2024年，我國低空經濟的市場規模已經達到了5059.5億元，同比增長了33.8%。業界普遍預計，今年低空經濟將突破1.5萬億，到2035年，這個數字將飆升至3.5萬億元，一個足以重塑產業格局的龐大市場正在加速形成。

 

低空經濟指垂直高度在1000米以下（根據實際需要延伸至不超過3000米），進行有人或無人低空飛行活動，帶動相關領域融合發展的綜合性經濟形態。低空飛行活動主要以直升機及eVTOL（電動垂直起降飛行器）為主的載人飛行器、行業級無人機、消費級無人機等三大類飛行器為主。

 

 

低空經濟作為戰略性新興產業迅速崛起，以無人機、eVTOL等為代表的新型航空器正引領航空領域的革新潮流。低空經濟的快速發展對工程塑料也提出了新的挑戰。一方面，需要不斷提高材料的性能，以滿足日益提高的需求；另一方面，還需要降低材料的成本，以提高產品的市場競爭力。

 

選擇合適的材料

 

為了確保飛行器的穩定性和耐用性，應當針對其使用環境、結構件的不同結構組成和性能要求，選用合適的材料。

 

 

傳統金屬材料

鋁合金和鈦合金作為傳統的金屬材料，在無人機制造領域依然占據著重要地位，尤其是在對結構性要求較高的部位，如機身骨架等方面應用廣泛。鋁合金成本相對較低，加工工藝成熟，易于大規模生產，因此在中低端無人機市場中具有較高的性價比。

 

然而，鈦合金的加工難度較大，需要采用特殊的加工工藝和設備，其成本較高，限制了其在一些成本敏感型應用場景中的應用。

 

碳纖維復合材料

 

相關數據顯示，在eVTOL 中，碳纖維復合材料的使用占比可達機身結構重量的70%以上。碳纖維復合材料密度更低（僅為1.5-1.7g/cm³）還具有耐腐蝕、耐老化、耐高溫等特性，使用壽命長，使用安全性高。

 

和鈦合金一樣，其高昂的成本限制了其被大規模應用；同時，在一些特殊環境下，如溫度超過200℃、相對濕度高于80%的環境中，碳纖維復合材料可能會出現樹脂基體軟化、纖維—基體界面性能下降等問題，影響無人機的可靠性與安全性。

 

改性塑料的崛起與優勢

 

機身外殼

 

飛行器外殼需要兼具輕便性與抗外力能力，考慮到需要長期露天作業，這就要求具有良好的耐候、耐熱、耐老化的性能。因此在材質制作上，常見的有PC、ABS、TPU這些塑料材料，其中PC塑料最為常用。PC塑料有良好的抗紫外線、耐酸堿、低溫性能和耐沖擊性。實驗顯示，使用PC塑料制成的飛行器外殼模型時，即使從3米高的地方自由落體到水泥地面，十次實驗里，只有一次出現了輕微劃痕，抗沖擊性能優異，非常適合做外殼材料。

 

 

電子元器件

 

低空飛行器的電子元件需具備極高的精密性，同時還要耐受高溫、化學物質及電磁波的干擾。目前，眾多飛行器產品廣泛采用ABS塑料，該材料具備卓越的耐熱性、耐磁性、耐濕性以及耐酸堿性能，其電絕緣性能十分突出。這得益于ABS塑料穩定的分子結構，它能有效抵御外界電磁干擾，確保電子元件的穩定運行。此外，ABS塑料硬度高，抗沖擊性和抗拉強度出色，完全符合低空飛行器的各項設計要求。

 

 

 

發動機支架

 

眾所周知，發動機支架需要能承受發動機的強大作用力，并保持高強度的穩定性，多數低空飛行器制造廠商會優先考慮使用抗拉強度極佳的PA（尼龍）+GF材料。有研究表明，在模擬發動機高速運轉產生的強大作用力下，PA+GF材料制成的發動機支架，能承受相當于自身重量500倍的拉力而不斷裂，從而可以長期穩定地工作。

 

引擎外殼

 

由于低空飛行器引擎外殼需長期承受高溫、潮濕、油霧等惡劣環境的考驗，制造廠商普遍選擇PPA塑料作為其外殼材料。經過三百多度的耐熱處理后，該材料的耐熱性能顯著提升，同時具備出色的抗油、抗濕和抗紫外線能力，抗拉強度亦十分優異。即使在模擬引擎高溫、高濕、油霧環境的測試中，PPA塑料制成的引擎外殼也能長時間穩定運行，確保引擎安全無虞。

 

 

機翼

 

低空飛行器需長時間飛行工作，其機翼部分一般需要有質輕、堅固、耐磨損的特點，還得耐受強風沖擊。故而PTFE（聚四氟乙烯）塑料更為合適，其具有良好的耐磨性、耐高溫、耐低溫特性，抗風能力優秀。在風洞測試中，用PTFE塑料制成的機翼模型，能承受10級大風的持續吹襲而不發生形變，可確保無人機穩定飛行。

 

 

特殊復雜場景適合的材料

 

低空飛行器適用于多種場景，既有高溫高寒，也有濕地乃至水下使用場景，除了材料足夠輕，足夠堅韌外，還要耐高溫、耐低溫，可見針對特殊的使用場景，則必須選擇相應的材料。

 

 

極寒環境下材料會發生脆化，材料韌性下降，接口開裂等情況，一般在不考慮成本的前提下選擇：

 

1.聚碳酸酯（PC）

特點：抗沖擊性強，透光率高（88%），常用于無人機外殼、云臺保護罩等部件。

優勢：輕量化、抗紫外線、耐酸堿，能承受復雜環境下的機械應力。

 

2.聚醚醚酮（PEEK）

特點：耐低溫可達-70℃，高強度、耐疲勞，化學穩定性好，適用于發動機支架、螺旋槳等關鍵部件。

優勢：碳纖維增強后性能更優，兼具輕量化與高強度，可替代傳統金屬材料。

 

3.硅改性聚碳酸酯（硅PC）

特點：耐低溫韌性顯著提升（-60℃），兼具無機材料與有機材料的特性，耐溶劑、耐水解。

優勢：阻燃性能優異（UL94 V-0級），適用于對安全性和環境適應性要求高的部件。

 

高熱環境可造成材料膨脹變形，可能影響螺旋槳平衡、機身結構強度，導致飛行震動或失控。

 

1.聚醚醚酮（PEEK）

特點：連續使用溫度可達260℃，瞬間使用溫度超過300℃，具有高機械強度、良好的耐化學腐蝕性、耐磨性和電絕緣性能。

應用：可用于無人機的機身結構件、螺旋槳芯材、高壓連接器絕緣體、電子系統支架等。

 

2.聚苯硫醚（PPS）

特點：可在200℃以上高溫環境中長期穩定工作，具有良好的機械性能、電絕緣性能和耐化學腐蝕性。

應用：適用于無人機的發動機周邊部件、燃油系統部件等。

 

3.聚酰亞胺（PI）

特點：能在300℃以上高溫環境下長期使用，甚至短時間可承受500℃高溫，具有優異的機械性能、電絕緣性能和耐化學腐蝕性。

應用：可用于制造無人機的高溫結構件、隔熱材料、密封材料等

 

 

隨著低空飛行器的功能發展以及未來更多新型材料的研制與普及，必將引領一波工程塑料的革新，新型逆天材料將逐步被用在更加先進的低空飛行設備上。未來多種消費級民用機型規模化制造場景下，或許會出現比工程塑料成本更低的新型材料，讓我們拭目以待。