JM发布Neomera：反应聚合有机板新产品线 拓展市场机遇

今秋，Johns Manville（JM，美国科罗拉多州丹佛）计划推出Neomera产品线首批产品。初始产品为原位聚合编织玻纤增强聚酰胺6（PA6）有机板，但产品线很快将扩展至包含无捻布（NCF）和长切纤维。JM还表示正评估其他反应聚合热塑性基体，以及混合增强结构（如碳纤维与玻纤结合）甚至非玻纤增强。公司指出，因制造方法不同于传统有机板和长纤维热塑性复合材料，Neomera产品将以更低成本提供更高力学性能。以下是目前了解的这些材料信息。

生产有机板的新方法

传统有机板——通常为编织织物增强的特种玻纤毡热塑性复合材料（GMT）——采用聚丙烯（PP）或聚酰胺6或6/6（PA6、PA6/6）基体生产。有机板复合材料最常用于汽车、商用卡车、建筑/施工和运动用品行业的半结构和结构部件。

有几个方面使JM的Neomera线区别于市场现有产品。首先，JM不是用全聚合PA6树脂熔体浸渍纤维，而是在浸渍后将己内酰胺单体阴离子聚合为PA6。因熔融己内酰胺粘度极低（~5厘泊），比完全聚合热塑性材料（聚合物链长得多、粘度高得多）更有效润湿纱线或织物。这意味着JM反应聚合树脂体系实现的浸渍效果更好——更像液体热固性树脂——而非全聚合热塑性PA6。反过来，这大幅减少气孔，并提供创造更高纤维体积分数（FVF）——约50%或更高——的机会，这本身就改善力学性能。

其次，JM在浸渍己内酰胺前，用自有专有反应性玻纤浸润剂处理玻纤——无论切碎、编织或NCF。这又增强了纤维-树脂结合，带来比相同类型和百分比纤维负载及基体的其他有机板产品更高的力学性能（在可比FVF下）。

创新长纤维有机板提供随机纤维分布、完全纤维浸渍和优异纤维-树脂结合，如上图所示。左图显示玻纤束端面，右图显示单个纤维束自上而下完全被树脂包覆。

JM企业研发高级研究经理Mingfu Zhang解释：“我们想让人们明白，我们不是推出另一个跟风有机板产品。因我们从己内酰胺开始，能比使用热塑性聚合物者更容易润湿纤维。结果实现更好浸渍、更高纤维体积分数和更好性能。事实上，这让我们能创造常规有机板无法实现的特种产品。”

去年JM宣布已开发该技术并战略性送样。计划9月软性发布Neomera，次月在2021年复合材料与先进材料博览会（CAMX，10月18-21日，美国德克萨斯州达拉斯）硬性发布。

分阶段推出

初始Neomera产品——OS-6系列——将以编织织物增强。“我们计划通过提供斜纹织物架构、FVF 45-50%范围的产品启动产品线，因我们看到对这类复合材料需求大，”JM企业研发复合产品负责人Dana Miloaga表示。“因其为平衡织物，提供良好铺贴性和正交各向异性性能，习惯指定金属的工程师更易用其实现更轻、更高性能零件。”

新有机板家族的编织形式之后将推出采用较重NCF的NCF-6系列，传统上用常规热塑性材料浸渍NCF颇具挑战。最后计划推出不连续但仍较长纤维（>25毫米）版本。称为CR-6系列，据称具有一致纤维长度有助于维持准各向同性性能，将与GMT和直接长纤维热塑性（D-LFT）等长纤维热塑性技术竞争。JM报告称模塑商可单独或组合使用各类Neomera产品。例如，由编织或NCF有机板条/板增强承载路径的压缩模塑混合结构，而不连续纤维增强有机板可用于肋或凸台等更复杂几何位置。“测试中，我们CR-6不连续纤维产品显示出比传统切碎纤维GMT更好模塑性，”Zhang补充。

对模塑商或模具制造商而言，JM新产品将像常规有机板或GMT一样加工。模具构造要求也相似。唯一调整是预热和模塑PA6基体Neomera有机板需比PP更高温度，因后者熔点和模塑温度较低。有趣的是，与部分GMT产品不同，预热后玻纤无因回弹而蓬松，材料保持完全固化。Zhang表示，这得益于纤维完全被己内酰胺浸渍，且单体原位聚合后达成比PA基体常规有机板高得多的分子量。

JM研究人员也在进行基础材料表征，帮助设计工程师更准确模拟零件性能。“我们紧密与客户合作识别他们初期进行详细模拟最需的数据，”Miloaga解释。“我们计划生成他们早期可用的构建模块，因通常需六个月完成开发完整材料卡所需的表征。”

每条推出产品线，公司称将认证两家全球供应商以确保稳健供应链和全球获取及一致性。JM丹佛地区生产规模线已为客户生产样品量，但初始商业生产将在斯洛伐克特尔纳瓦进行。

Neomera产品将提供黑色，可选“自然色”（米白）及定制颜色可能。初始商业生产爬坡期，产品将按订单生产和切割，长远看计划备库标准尺寸。

JM工艺有趣之处在于能连续工艺生产厚板。“现有有机板挑战之一是典型生产半毫米厚板，为供应客户3毫米厚产品，需后固化多层板制成层压板，”Zhang解释。“我们可跳过整个后固化步骤，直接生产3毫米厚板。事实上，这是我们技术最独特之处之一。我们知道己内酰胺有水样粘度，仍惊讶于我们技术生产厚层压板多么适用。这给我们提供客户产品很大灵活性。此外，跳过后固化步骤，我们产品避免另一加热循环。”

挑战在于控制制造工艺以处理对湿气敏感的己内酰胺阴离子聚合。“项目启动前，己内酰胺阴离子聚合为PA6实质只在闭合模具中进行，将其适配为生产高一致性产品的连续工艺花费大量工作，”Zhang补充。

未来展望

当问及为何像JM这样的玻纤供应商想制造中间产品而非仅许可技术，JM企业研发高级研究科学家Klaus Gleich表示：“鉴于我们制造工艺本质，真没多少人能制造该材料。我们非常了解化学及其挑战，所以最有优势放大规模商业化。此外，我们研发专门开发此创新技术以拓展业务并为伯克希尔·哈撒韦（美国内布拉斯加州奥马哈）所有者回报更大价值。我们要做创新者，创造新市场机遇。”

Miloaga补充：“我们看到热塑性复合材料向半结构和真正结构应用趋势，制造轻量化可持续组件，与我们新有机板技术高度契合。”事实上，她说Neomera家族首个商业应用不远。JM已在赛车运动试用材料，汽车和商用卡车等其他运输板块及运动用品也有兴趣。“关键是我们在解决问题，”她补充。“竞品昂贵且产品组合有限。我们能生产性能更高却更具成本效益的产品——双赢组合。”