Giấy aramid trở thành động lực phát triển chính của ngành hàng không vũ trụ.

Với sự gia tăng trong các lĩnh vực ứng dụng của giấy aramid, thị trường giấy aramid dự kiến sẽ có triển vọng phát triển tốt. Theo dữ liệu công khai của bên thứ ba, mức tiêu thụ giấy aramid của Trung Quốc đã tăng từ 2.742 tấn năm 2017 lên 4.215 tấn vào năm 2021, và mức tiêu thụ giấy aramid của nước tôi dự kiến sẽ đạt 12.357 tấn vào năm 2028. Cấu trúc tổ ong là cấu trúc chịu lực tốt nhất trong lĩnh vực hàng không vũ trụ và sẽ tồn tại trong thiết kế kết cấu của máy bay và tàu vũ trụ trong một thời gian dài.

Sợi Aramid được gọi là "sợi polyamide thơm". Nó có những đặc tính tuyệt vời như độ bền cực cao, mô đun đàn hồi cao, khả năng chịu nhiệt độ cao, khả năng chống axit và kiềm, và trọng lượng nhẹ. Sợi Aramid đã được DuPont phát triển và thương mại hóa thành công tại Hoa Kỳ vào những năm 1960. Sợi Aramid sẽ không được sử dụng trực tiếp làm sản phẩm cuối cùng. Ít nhất nó phải được chế tạo thành vải hoặc vật liệu composite tương ứng trước khi có thể sử dụng. Chủng loại và hiệu suất của sợi Aramid có tác động tương đối lớn đến hiệu suất của sản phẩm cuối cùng. Sợi Aramid có thể được chia thành ba loại: ortho-aramid, para-aramid (aramid 1414, PPTA) và meta-aramid (aramid 1313, PMTA). Trong số đó, các sản phẩm công nghiệp chủ yếu là meta-aramid và para-aramid. Giấy Aramid làm từ meta-aramid tinh khiết có độ bền cao, ít biến dạng, chịu nhiệt độ cao, chống ăn mòn hóa học, chống cháy và có đặc tính cách điện tuyệt vời, và được sử dụng rộng rãi trong quốc phòng, hàng không vũ trụ, tàu cao tốc và cách điện. Para-aramid có tính chất tổng hợp tốt hơn meta-aramid. Nó có thể được sử dụng trong ngành hàng không vũ trụ để sản xuất vỏ động cơ tên lửa rắn và vật liệu cấu trúc thứ cấp cho máy bay cỡ lớn (như cửa cabin, cửa sổ, các bộ phận liên quan đến cánh, v.v.), áo chống đạn, mũ chống đạn, quần áo chống đâm và chống cắt, quần áo xử lý bom, dù đàn hồi cao, thân xe chống đạn, tấm giáp, v.v. trong ngành công nghiệp quốc phòng.

Từ sợi aramid đến vật liệu lõi tổ ong aramid, cần một loạt các quy trình sản xuất như làm giấy và ép nóng. Theo quy trình và quy trình sản xuất, chủ yếu bao gồm giấy aramid, vật liệu lõi tổ ong aramid và các sản phẩm khác. Giấy aramid là một vật liệu mới hiệu suất cao được làm từ sợi aramid cấp giấy thông qua các quy trình tạo hình ướt, hoàn thiện ở nhiệt độ cao và các quy trình khác. DuPont đã phát triển thành công giấy aramid vào những năm 1960. Nhờ những đặc tính tuyệt vời như khả năng chống cháy, cách nhiệt, chịu nhiệt độ cao và độ bền cao, nó đã dần trở thành vật liệu chủ chốt không thể thiếu cho sự phát triển của các ngành công nghiệp và lĩnh vực quan trọng như quốc phòng, hàng không vũ trụ, điện lực, vận tải đường sắt, năng lượng mới và truyền thông điện tử.

Tổ ong Aramid là một cấu trúc sinh học được làm từ giấy aramid thông qua một loạt các quy trình phức tạp như dán, cán, ép nóng, cắt, kéo giãn, định hình, nhúng và đóng rắn. Nó có cấu trúc lục giác của tổ ong tự nhiên. Nó nhẹ, độ bền cao, mô đun đàn hồi cao, độ ổn định cấu trúc mạnh mẽ và có các ưu điểm về cách âm, cách nhiệt và chống cháy. Nó có thể được sử dụng làm vật liệu kết cấu nhẹ và độ bền cao (chủ yếu làm vật liệu lõi) và được ứng dụng trong các lĩnh vực quan trọng như hàng không vũ trụ, vận tải đường sắt và quốc phòng. Vật liệu lõi tổ ong Aramid đã trở thành một vật liệu giảm trọng lượng quan trọng trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, vận tải đường sắt và các lĩnh vực khác nhờ hiệu suất tuyệt vời của nó. Đồng thời, khi kết hợp với prepreg, nó chiếm một vị trí quan trọng trong lĩnh vực hấp thụ sóng.

Bộ hấp thụ cấu trúc bánh sandwich tổ ong dựa trên vật liệu lõi tổ ong là bộ hấp thụ cấu trúc quan trọng. Bộ hấp thụ bánh sandwich tổ ong chủ yếu được sử dụng trong lĩnh vực tàng hình radar. Chúng được cấu tạo từ các tổ ong aramid tẩm chất hấp thụ và các tấm truyền sóng, có cả tính chất cơ học và tính chất hấp thụ tuyệt vời. Đối với bộ hấp thụ bánh sandwich tổ ong aramid, tính chất hấp thụ của chúng chủ yếu phụ thuộc vào thông số kỹ thuật và kích thước của bản thân tổ ong và hệ thống keo tẩm. Hiện tại, bộ hấp thụ bánh sandwich tổ ong aramid có thể tạo ra khả năng hấp thụ mạnh trong dải tần số 0-18 GHz.

Các sản phẩm thuộc dòng giấy Meta-aramid chủ yếu được sử dụng trong lĩnh vực cách điện, và một lượng nhỏ được sử dụng trong lĩnh vực vật liệu lõi tổ ong. Máy biến áp hiện là lĩnh vực sử dụng giấy aramid nhiều nhất ở nước tôi. Đồng thời, với việc điện khí hóa đường sắt ở nước tôi và việc xây dựng quy mô lớn các tuyến tàu điện ngầm và đường sắt nhẹ đô thị, các yêu cầu ngày càng cao đối với các thiết bị liên quan của tàu cao tốc, bao gồm cả máy biến áp kéo công suất lớn.

Dòng sản phẩm giấy Para-aramid chủ yếu được sử dụng trong lĩnh vực vật liệu lõi tổ ong. So với vật liệu lõi tổ ong làm từ giấy meta-aramid, tính chất cơ học toàn diện của vật liệu lõi tổ ong làm từ giấy para-aramid được cải thiện đáng kể. Độ bền của nó gấp 5 lần thép cùng chất lượng, nhưng mật độ chỉ bằng 1/5 thép. Tuy nhiên, do chi phí cao, nó thường được sử dụng trong lĩnh vực vật liệu lõi tổ ong có yêu cầu độ bền cao hơn.

2. Các kịch bản ứng dụng chính của vật liệu lõi tổ ong aramid
Lĩnh vực hàng không: Sau khi vật liệu lõi tổ ong giấy aramid được kết hợp với các tấm để tạo thành cấu trúc bánh sandwich, chúng có thể được sử dụng như một trong những dạng cấu trúc lý tưởng và được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực hàng không. Các bộ phận ứng dụng chính bao gồm cánh tà, cánh phụ, mép trước đuôi thẳng đứng, bánh lái, cánh mũi, thân máy bay, cánh quạt, vòm radar, vòm radar, tấm ốp tường, cửa, sàn và các bộ phận khác, cũng như các bộ phận chịu lực thứ cấp và độ cứng lớn của máy bay. Là vật liệu lõi được ưu tiên cho cấu trúc bánh sandwich tổ ong composite của máy bay, nó có thể giảm khối lượng kết cấu của máy bay và đạt được hiệu suất truyền sóng, giảm tiếng ồn và cách nhiệt của các thành phần chức năng. Theo thống kê, có hơn 280 tấm tổ ong Nomex trên máy bay Z-9 nội địa, bao phủ khoảng 80% toàn bộ máy bay. Các tấm tổ ong của máy bay chiến đấu F-111 của Mỹ chiếm hơn 90% toàn bộ diện tích bên ngoài. C919 sử dụng một số lượng lớn vật liệu lõi tổ ong ở nhiều bộ phận của máy bay để đáp ứng nhu cầu giảm trọng lượng. Nhu cầu về vật liệu lõi tổ ong aramid cho một chuyến bay duy nhất dự kiến sẽ vượt quá 10 triệu nhân dân tệ.

Lĩnh vực tàu: Cấu trúc bánh sandwich tổ ong không chỉ có thể giảm trọng lượng của tàu rỗng, cải thiện khả năng cơ động và khả năng chống va đập của tàu, mà còn cải thiện đáng kể khả năng chống ăn mòn và khả năng "tàng hình" của tàu. Trong những năm gần đây, hải quân các nước cũng đã sử dụng vật liệu bánh sandwich tổ ong cho các kết cấu thượng tầng như nhà boong, vách ngăn và trần máy bay của tàu nổi, nhằm nâng cao hiệu suất toàn diện của tàu trên mọi phương diện. Tàu tuần duyên Hoa Kỳ sử dụng cấu trúc tổ ong Nomex thay thế cho tấm amiăng, không chỉ giảm trọng lượng tàu hơn 9 tấn mà còn loại bỏ các mối nguy hiểm tiềm ẩn do amiăng gây ra. Trang trí nội thất của tàu sân bay Liêu Ninh sử dụng hơn 100.000 mét vuông tấm aramid, với giá từ 1.500-2.000 nhân dân tệ/mét vuông. Được biết, các viện nghiên cứu lớn của Tập đoàn Công nghiệp Đóng tàu Trung Quốc đã bắt đầu sử dụng tấm aramid tổ ong cho các dự án trang trí nội thất tàu hạng nhẹ.

Lĩnh vực vận tải đường sắt: Vật liệu Aramid có thể giảm hiệu quả mức tiêu thụ năng lượng và tiếng ồn của tàu cao tốc. Chúng đã được sử dụng trong các tấm ốp hông, tấm ốp nóc, ghế ngồi, vách ngăn, giá để hành lý và tấm ốp giếng trời của các toa tàu cao tốc để giảm trọng lượng xe và tăng tốc độ tàu. Các toa tàu điện (EMU) có tốc độ trên 200 km/h cần sử dụng một lượng lớn vật liệu tổ ong giấy Aramid. Nhà máy sản xuất toa tàu khách CRH-5 của Trường Xuân khuyến nghị sử dụng vật liệu tổ ong Aramid làm vật liệu kết cấu bánh sandwich cho tàu cao tốc, với nhu cầu hàng năm là 50.000 mét vuông vật liệu tổ ong Aramid 10-15mm. Ngoài ra, các mẫu tàu mới như EMU tiêu chuẩn, toa giường nằm và toa xe sàn thấp năng lượng mới cũng sử dụng kết cấu tổ ong Aramid trong thiết kế nội thất để đáp ứng nhu cầu về trọng lượng nhẹ và sự thoải mái.

Ngoài ra, vật liệu lõi tổ ong bằng giấy aramid cũng có thể được sử dụng trong sản xuất cánh tuabin gió, tàu thuyền và du thuyền, thuyền đua, ván trượt tuyết, xe RV và các sản phẩm khác.

Hiện nay, năng lực sản xuất sợi aramid toàn cầu đạt khoảng 140.000-150.000 tấn, trong đó hơn 50.000 tấn là sợi meta-aramid và 90.000-100.000 tấn là sợi para-aramid. Về sợi meta-aramid, khoảng 60% được sử dụng trong các lĩnh vực lọc công nghiệp tương đối thấp ở Trung Quốc, và chỉ khoảng 10% được sử dụng trong vật liệu cách nhiệt và lõi tổ ong cao cấp. Về sợi para-aramid, 40% được sử dụng để gia cố sợi quang học tại Trung Quốc. 20% được sử dụng cho đồ bảo hộ chống đạn, mũ bảo hiểm chống đạn quân sự, găng tay, v.v. 20% được sử dụng trong ngành công nghiệp cao su ô tô và 20% được sử dụng trong vật liệu composite.

Giấy aramid: Theo thống kê, năng lực sản xuất danh nghĩa giấy aramid trên thế giới khoảng 20.000 tấn/năm, năng lực sản xuất thực tế khoảng 12.000 tấn/năm. Nhu cầu giấy aramid toàn cầu khoảng 10.000 tấn/năm, và thị phần chính do DuPont chiếm giữ. Theo số liệu do Viện Nghiên cứu Chứng khoán CITIC tổng hợp, giấy aramid trên thế giới chủ yếu được sử dụng làm vật liệu cách điện và vật liệu lõi tổ ong, lần lượt chiếm 64% và 34%. So sánh cơ cấu tiêu thụ toàn cầu, 90,76% nhu cầu giấy aramid của nước tôi năm 2020 đến từ vật liệu cách điện, trong khi tiêu thụ vật liệu kết cấu tổ ong và các vật liệu composite khác chỉ chiếm 9,24%.

Hiện nay, Minshida là nhà sản xuất giấy aramid nội địa chính. Minshida là nhà sản xuất giấy aramid đầu tiên tại Trung Quốc. Thị phần toàn cầu của công ty về sản phẩm giấy aramid này đứng thứ hai, chỉ sau DuPont tại Hoa Kỳ.

Theo tính toán, một tờ giấy aramid nặng 100kg có thể sản xuất được 3 mét khối vật liệu lõi tổ ong, năng lực sản xuất lý thuyết của tổ ong aramid trên thế giới có thể đạt 2,04 triệu mét khối, và năng lực sản xuất lý thuyết của tổ ong aramid tại thị trường Trung Quốc có thể đạt 240.000 mét khối. Vật liệu lõi tổ ong aramid tương ứng với năng lực sản xuất thực tế là khoảng 54.000 mét khối.

Hiện nay, nhà sản xuất vật liệu lõi tổ ong aramid chủ yếu trong nước là AVIC Composites. Sản phẩm lõi tổ ong của AVIC Composites chủ yếu được phân phối tại Bắc Kinh và Nam Thông. Trong số đó, dây chuyền sản xuất lõi tổ ong cỡ lớn của Nam Thông đạt trình độ tiên tiến quốc tế và mức độ tự động hóa cao. Sản phẩm của công ty chủ yếu phục vụ cho lĩnh vực máy bay dân dụng, và chủ yếu phục vụ các khách hàng thương mại nước ngoài như Airbus, Boeing và Yaqi.

Trong những năm gần đây, Trung Quốc đã liên tục tăng cường chính sách hỗ trợ cho vật liệu sợi aramid và giấy aramid. Đặc biệt, sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp tàu cao tốc, sản xuất máy bay nội địa, tàu sân bay và các ngành công nghiệp sản xuất thiết bị khác của Trung Quốc trong những năm gần đây đã thúc đẩy sự phát triển của giấy cách điện aramid và vật liệu lõi tổ ong giấy aramid.

Với sự gia tăng trong các lĩnh vực ứng dụng của giấy aramid, thị trường giấy aramid dự kiến sẽ có triển vọng phát triển tốt. Theo dữ liệu công khai của bên thứ ba, mức tiêu thụ giấy aramid của Trung Quốc đã tăng từ 2.742 tấn năm 2017 lên 4.215 tấn vào năm 2021 và dự kiến sẽ đạt 12.357 tấn vào năm 2028. Cấu trúc tổ ong là cấu trúc chịu lực tốt nhất trong lĩnh vực hàng không vũ trụ và sẽ tồn tại trong thiết kế kết cấu của máy bay và tàu vũ trụ trong một thời gian dài.