Vật liệu composite quân sự hiệu suất cao - sợi aramid

Sợi aramid có ưu điểm là độ bền cao, mô đun đàn hồi cao, khả năng chịu nhiệt độ cao và trọng lượng nhẹ. Giấy aramid và vật liệu lõi tổ ong aramid được chế tạo từ chúng có triển vọng ứng dụng rộng rãi. Là vật liệu chủ chốt không thể thiếu trong các lĩnh vực khác.

Tên đầy đủ của sợi aramid là "sợi polyamide thơm". Nó sở hữu những đặc tính tuyệt vời như độ bền cực cao, mô đun đàn hồi cao, khả năng chịu nhiệt độ cao, kháng 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 không được sử dụng trực tiếp làm sản phẩm cuối cùng, mà ít nhất phải được chế tạo thành vải hoặc vật liệu composite tương ứng.

Loại sợi 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 bao gồm meta-aramid và para-aramid. Có hai loại aramid. Giấy aramid làm từ meta-aramid nguyên chất có độ bền cao, ít biến dạng, chịu nhiệt độ cao, chống ăn mòn hóa học, chống cháy và cách điện tuyệt vời, được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực quốc phòng, hàng không vũ trụ, tàu cao tốc, cách điện và các lĩnh vực khác. Para-aramid có hiệu suất tổng thể tốt hơn meta-aramid và có thể được sử dụng trong ngành hàng không vũ trụ để làm vỏ động cơ tên lửa rắn và vật liệu cấu trúc thứ cấp cho máy bay lớn (như cửa cabin, cửa sổ, v.v.), các bộ phận liên quan đến cánh, v.v.), áo giáp, mũ chống đạn, quần áo chống đâm và chống cắt, quần áo EOD, dù có độ 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 trải qua 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 các sản phẩm như giấy aramid và vật liệu lõi tổ ong aramid.

Giấy aramid là một loại vật liệu mới hiệu suất cao được chế tạo từ sợi aramid dùng trong sản xuất giấy thông qua quá trình tạo hình ướt, hoàn thiện ở nhiệt độ cao và các quy trình khác. Công ty DuPont của Hoa Kỳ đã phát triển thành công giấy aramid vào những năm 1960. Nhờ những đặc tính tuyệt vời như khả năng chống cháy nội tại, cách nhiệt, chịu nhiệt độ cao và độ bền cao, loại giấy này dần trở thành một vật liệu chủ chốt không thể thiếu cho sự phát triển của các ngành công nghiệp và lĩnh vực quan trọng như điện tử và truyền thông.

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 sáu mặt của cấu trúc hình tổ ong tự nhiên. Trọng lượng nhẹ, độ bền cao, mô đun cao, độ ổn định cấu trúc mạnh mẽ và có các ưu điểm về cách âm, cách nhiệt, chống cháy, v.v. Nó có thể được sử dụng làm vật liệu kết cấu nhẹ có độ bền cao (chủ yếu làm vật liệu lõi), được sử dụng trong hàng không vũ trụ, vận tải đường sắt, quốc phòng, v.v. Lĩnh vực quan trọng. Vật liệu lõi tổ ong Aramid đã trở thành vật liệu giảm trọng lượng quan trọng trong hàng không vũ trụ, vận tải đường sắt và các lĩnh vực khác do 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.

Vật liệu hấp thụ cấu trúc bánh sandwich tổ ong dựa trên vật liệu lõi tổ ong là một vật liệu hấp thụ cấu trúc quan trọng. Vật liệu hấp thụ cấu trúc bánh sandwich tổ ong chủ yếu được sử dụng trong lĩnh vực tàng hình radar; nó được cấu tạo từ tổ ong aramid tẩm chất hấp thụ và tấm dẫn sóng, có đặc tính cơ học và khả năng hấp thụ tuyệt vời. Về vật liệu hấp thụ cấu trúc bánh sandwich tổ ong aramid, hiệu suất hấp thụ của nó chủ yếu phụ thuộc vào kích thước của bản thân tổ ong và hệ thống keo tẩm. Hiện tại, vật liệu hấp thụ cấu trúc bánh sandwich tổ ong aramid có thể tạo ra khả năng hấp thụ mạnh mẽ trong dải tần số 0-18 GHz.

1. Các ứng dụng chính của giấy aramid

Tùy thuộc vào ứng dụng chức năng của sản phẩm, các lĩnh vực ứng dụng hạ nguồn của sản phẩm chủ yếu bao gồm cách điện (như một vật liệu cách điện) và vật liệu lõi tổ ong (như một vật liệu giảm trọng lượng kết cấu).

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, yêu cầu đối với các thiết bị liên quan của tàu cao tốc, bao gồm cả máy biến áp kéo công suất lớn, ngày càng cao.

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 so với vật liệu lõi tổ ong làm từ giấy meta-aramid, và độ bền của nó gấp 5 lần thép cùng chất lượng. Tuy nhiên, mật độ chỉ bằng một phần năm thép; nhưng do giá thành cao, nó thường được sử dụng trong lĩnh vực vật liệu lõi tổ ong đòi hỏi độ bền cao.

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 tấm để tạo thành cấu trúc bánh sandwich, nó có thể được sử dụng như một trong những dạng cấu trúc lý tưởng và đã được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực hàng không. Các bộ phận ứng dụng chính bao gồm cánh tà, cánh phụ, cạnh trước đuôi thẳng đứng, bánh lái, cánh mũi, thân máy bay, cánh quạt, vòm radar, vòm radar, tấm tường, cửa sập, sàn và các thành phần khác, cũng như các thành phần chịu ứng suất thứ cấp và cứng lớn của máy bay. Là vật liệu lõi được lựa chọn đầu tiên cho cấu trúc bánh sandwich tổ ong composite của máy bay, nó có thể làm giảm chất lượng cấu trúc của máy bay và nhận ra khả năng truyền sóng, giảm tiếng ồn và cách nhiệt của các thành phần chức năng. Theo thống kê, có hơn 280 tấm tổ ong Nomex của máy bay thẳng chín trong nước, bao phủ khoảng 80% toàn bộ máy; các tấm tổ ong của máy bay chiến đấu F-111 của Mỹ chiếm hơn 90% toàn bộ diện tích hình dạng; Máy bay C919 sử dụng một lượng lớn vật liệu lõi tổ ong ở nhiều bộ phận để đáp ứng nhu cầu giảm trọng lượng. Nhu cầu về vật liệu lõi tổ ong aramid cho một chuyến bay dự kiến sẽ vượt quá 10 triệu nhân dân tệ.

Trong lĩnh vực tàu thủy: Kết cấu tổ ong dạng bánh sandwich 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. Tàu cao tốc của Lực lượng Bảo vệ Bờ biển Hoa Kỳ sử dụng kết cấu tổ ong Nomex thay thế các 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; Giá mỗi mét vuông là 1.500-2.000 nhân dân tệ. Được biết, các viện nghiên cứu lớn của CSIC đã bắt đầu sử dụng tấm aramid dạng tổ ong cho các dự án nội thất tàu trọng lượng nhẹ.

Trong 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 ứng dụng vào 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. Để tăng tốc độ của tàu, một phương tiện cơ giới có tốc độ hơn 200 km/h cần sử dụng một lượng lớn vật liệu tổ ong giấy aramid. Nhà máy xe buýt Trường Xuân khuyến nghị sử dụng vật liệu tổ ong aramid làm vật liệu cấu trúc lớp xen kẽ của tàu cao tốc cho các toa xe điện CRH-5. Nhu cầu hàng năm đối với vật liệu tổ ong aramid 10-15mm đạt 50.000 mét vuông; Theo yêu cầu về trọng lượng nhẹ và sự thoải mái, các mẫu xe mới như toa xe sàn cũng áp dụng cấu trúc tổ ong aramid trong thiết kế các bộ phận nội thất.

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

1. Cung và cầu sợi aramid

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 lĩnh vực lọc công nghiệp tương đối thấp ở Trung Quốc, và chỉ khoảng 10% được sử dụng trong lĩnh vực vật liệu cách nhiệt và lõi tổ ong cao cấp. Về sợi para-aramid, 40% được sử dụng để gia cường sợi ở 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 cho ngành công nghiệp cao su ô tô; 20% được sử dụng cho vật liệu composite.

2. Cung và cầu giấy aramid

Giấy aramid: Theo thống kê, năng lực sản xuất giấy aramid danh nghĩa toàn cầu 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 toàn cầu 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 các thiết bị điện. 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, nhà sản xuất giấy aramid nội địa chính là Minshida. Minstar là nhà sản xuất giấy aramid đầu tiên tại Trung Quốc, và thị phần sản phẩm giấy aramid toàn cầu của công ty hiện đứng thứ hai thế giới, chỉ sau DuPont của Hoa Kỳ.

3. Cung cầu vật liệu lõi tổ ong aramid

Theo tính toán, 100kg giấy aramid 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; năng lực sản xuất thực tế tương ứng với vật liệu lõi tổ ong aramid là khoảng 54.000 mét khối.

Hiện nay, nhà sản xuất lõi tổ ong aramid chủ yếu trong nước là AVIC Composite Materials. Sản phẩm lõi tổ ong của AVIC Composite Materials chủ yếu phân phối tại Bắc Kinh và Nam Thông. Trong số đó, dây chuyền sản xuất lõi tổ ong cỡ lớn tại Nam Thông có trình độ tiên tiến quốc tế và mức độ tự động hóa cao; sản phẩm chủ yếu hướng đến lĩnh vực máy bay dân dụng, và các khách hàng thương mại nước ngoài như Airbus, Boeing và Yaqi là những sản phẩm chủ lực.

Những năm gần đây, đất nước tôi 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 và tàu sân bay cùng các ngành công nghiệp sản xuất thiết bị khác của nước tôi 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 ở Trung Quốc đã tăng từ 2.742 tấn năm 2017 lên 4.215 tấn vào năm 2021, và mức tiêu thụ giấy aramid ở 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.

Suiyin Capital sẽ tiếp tục chú trọng đến việc ứng dụng và phát triển các vật liệu mới trong lĩnh vực công nghiệp quốc phòng và quân sự và sản xuất cao cấp, phát hiện ra những nhà vô địch tiềm ẩn và các công ty hàng đầu trên thị trường, sử dụng vốn để hỗ trợ sự nghiệp quốc phòng và quân sự, đóng góp vào sự phát triển của đất nước và tạo ra giá trị cho xã hội.