Aramidpapier wird zur treibenden Kraft der Entwicklung in der Luft- und Raumfahrt.

Mit der zunehmenden Anwendung von Aramidpapier werden dem Aramidpapiermarkt gute Entwicklungsaussichten zugeschrieben. Laut öffentlich zugänglichen Daten ist Chinas Aramidpapierverbrauch von 2.742 Tonnen im Jahr 2017 auf 4.215 Tonnen im Jahr 2021 gestiegen. Es wird erwartet, dass der Aramidpapierverbrauch in China im Jahr 2028 12.357 Tonnen erreichen wird. Die Wabenstruktur ist die beste tragende Struktur in der Luft- und Raumfahrt und wird noch lange Zeit im Strukturdesign von Flugzeugen und Raumfahrzeugen verwendet werden.

Aramidfasern werden auch als aromatische Polyamidfasern bezeichnet. Sie zeichnen sich durch hervorragende Eigenschaften wie ultrahohe Festigkeit, hohen Elastizitätsmodul, hohe Temperaturbeständigkeit, Säure- und Laugenbeständigkeit sowie geringes Gewicht aus. Aramidfasern wurden in den 1960er Jahren von DuPont in den USA erfolgreich entwickelt und vermarktet. Aramidfasern werden nicht direkt als Endprodukt verwendet. Sie müssen zunächst zu Geweben oder entsprechenden Verbundwerkstoffen verarbeitet werden. Die Kategorie und die Eigenschaften der Aramidfasern beeinflussen die Leistung des Endprodukts maßgeblich. Aramidfasern lassen sich in drei Typen unterteilen: Ortho-Aramid, Para-Aramid (Aramid 1414, PPTA) und Meta-Aramid (Aramid 1313, PMTA). Die industriell hergestellten Fasern sind hauptsächlich Meta- und Para-Aramid. Aramidpapier aus reinem Meta-Aramid zeichnet sich durch hohe Festigkeit, geringe Verformung, hohe Temperaturbeständigkeit, chemische Korrosionsbeständigkeit, Flammschutz und hervorragende elektrische Isoliereigenschaften aus und wird häufig in der Verteidigung, der Luft- und Raumfahrt, in Hochgeschwindigkeitszügen und zur elektrischen Isolierung eingesetzt. Para-Aramid weist bessere Gesamteigenschaften als Meta-Aramid auf. Es kann in der Luft- und Raumfahrtindustrie zur Herstellung von Feststoffraketengehäusen und sekundären Strukturmaterialien für Großflugzeuge (wie Kabinentüren, Fenster, Flügelteile usw.), kugelsicheren Westen, kugelsicheren Helmen, stich- und schnittfester Kleidung, Bombenentschärfungskleidung, hochelastischen Fallschirmen, kugelsicheren Karosserien, Panzerplatten usw. in der Rüstungsindustrie verwendet werden.

Von der Aramidfaser bis zum Aramid-Wabenkernmaterial sind verschiedene Produktionsprozesse wie Papierherstellung und Heißpressen erforderlich. Je nach Prozess- und Produktionsablauf werden hauptsächlich Aramidpapier, Aramid-Wabenkernmaterialien und andere Produkte hergestellt. Aramidpapier ist ein neues Hochleistungsmaterial, das aus Aramidfasern in Papierqualität durch Nassformung, Hochtemperaturveredelung und andere Verfahren hergestellt wird. DuPont entwickelte Aramidpapier in den 1960er Jahren erfolgreich. Aufgrund seiner hervorragenden Eigenschaften wie inhärenter Flammhemmung, Isolierung, Hochtemperaturbeständigkeit und hoher Festigkeit hat es sich allmählich zu einem unverzichtbaren Schlüsselmaterial für die Entwicklung wichtiger Branchen und Bereiche wie Landesverteidigung, Luft- und Raumfahrt, Energieversorgung, Schienenverkehr, erneuerbare Energien und elektronische Kommunikation entwickelt.

Aramidwaben sind bionische Strukturen, die durch komplexe Prozesse wie Kleben, Laminieren, Heißpressen, Beschneiden, Strecken, Formen, Tauchen und Aushärten aus Aramidpapier hergestellt werden. Sie weisen die hexagonale Struktur natürlicher Waben auf. Sie sind leicht, hochfest, hochmodulig und strukturell stabil und bieten die Vorteile von Schalldämmung, Wärmedämmung und Flammschutz. Sie eignen sich als leichtes und hochfestes Strukturmaterial (hauptsächlich als Kernmaterial) und finden Anwendung in Schlüsselbereichen wie der Luft- und Raumfahrt, dem Schienenverkehr und der Landesverteidigung. Dank ihrer hervorragenden Leistung hat sich Aramidwabenkernmaterial zu einem wichtigen gewichtsreduzierenden Material in der Luft- und Raumfahrt, dem Schienenverkehr und anderen Bereichen entwickelt. In Kombination mit Prepreg nimmt es gleichzeitig eine wichtige Position im Bereich der Wellenabsorption ein.

Waben-Sandwich-Absorber auf Basis von Wabenkernmaterialien sind wichtige Strukturabsorber. Waben-Sandwich-Absorber werden hauptsächlich im Bereich der Radar-Tarnung eingesetzt. Sie bestehen aus mit Absorbern und wellendurchlässigen Platten imprägnierten Aramid-Waben und verfügen über hervorragende mechanische und absorbierende Eigenschaften. Die Absorptionseigenschaften von Aramid-Waben-Sandwich-Absorbern hängen hauptsächlich von den Spezifikationen und Abmessungen der Waben selbst sowie dem Imprägnierklebstoffsystem ab. Derzeit bieten Aramid-Waben-Sandwich-Absorber eine starke Absorption im Frequenzbereich von 0–18 GHz.

Produkte der Meta-Aramid-Papierserie werden hauptsächlich im Bereich der elektrischen Isolierung und in geringem Umfang auch im Bereich der Wabenkernmaterialien eingesetzt. Transformatoren sind derzeit der Bereich, in dem Aramidpapier in China am häufigsten verwendet wird. Gleichzeitig steigen mit der Elektrifizierung der Eisenbahnen in China und dem großflächigen Bau von U-Bahnen und Stadtbahnen die Anforderungen an die zugehörige Ausrüstung von Hochgeschwindigkeitszügen, einschließlich Hochleistungs-Traktionstransformatoren.

Produkte der Para-Aramid-Papier-Serie werden hauptsächlich im Bereich der Wabenkernmaterialien eingesetzt. Im Vergleich zu Wabenkernmaterialien aus Meta-Aramid-Papier sind die mechanischen Eigenschaften von Wabenkernmaterialien aus Para-Aramid-Papier deutlich verbessert. Die Festigkeit ist fünfmal höher als die von Stahl gleicher Qualität, die Dichte beträgt jedoch nur ein Fünftel der von Stahl. Aufgrund der höheren Kosten wird es jedoch üblicherweise im Bereich der Wabenkernmaterialien mit höheren Festigkeitsanforderungen eingesetzt.

2. Hauptanwendungsszenarien von Aramid-Wabenkernmaterialien
Luftfahrtbereich: Aramidpapier-Wabenkernmaterialien werden mit Platten zu einer Sandwichstruktur kombiniert und bilden so eine ideale Strukturform, die in der Luftfahrt breite Anwendung findet. Zu den wichtigsten Anwendungsbereichen zählen Klappen, Querruder, Vorderkanten des Seitenleitwerks, Ruder, Canards, Rümpfe, Rotorblätter, Radarkuppeln, Wandpaneele, Türen, Böden und andere Teile sowie hochsteife und sekundär tragende Teile von Flugzeugen. Als bevorzugtes Kernmaterial für Flugzeug-Waben-Sandwichstrukturen aus Verbundwerkstoffen kann es die Strukturmasse des Flugzeugs reduzieren und die Leistung von Funktionskomponenten in Bezug auf Wellenübertragung, Geräuschreduzierung und Wärmedämmung verbessern. Statistiken zufolge befinden sich im inländischen Flugzeug Z-9 mehr als 280 Nomex-Wabenplatten, die etwa 80 % des gesamten Flugzeugs bedecken. Die Wabenplatten des US-amerikanischen Kampfflugzeugs F-111 nehmen mehr als 90 % der gesamten Außenfläche ein. Beim C919 werden in mehreren Teilen des Flugzeugs zahlreiche Wabenkernmaterialien verwendet, um dem Bedarf an Gewichtsreduzierung gerecht zu werden. Der Bedarf an Aramid-Wabenkernmaterialien für einen einzigen Flug wird auf über 10 Millionen Yuan geschätzt.

Schiffsfeld: Wabensandwichstrukturen können nicht nur das Gewicht leerer Schiffe reduzieren, die Manövrierfähigkeit und Stoßfestigkeit verbessern, sondern auch die Korrosionsbeständigkeit und Tarnfähigkeit von Schiffen deutlich steigern. In den letzten Jahren haben Marinen verschiedener Länder Wabensandwichmaterialien auch für Aufbauten wie Deckshäuser, Schotten und Flugzeugdecken von Überwasserschiffen eingesetzt, um die Gesamtleistung von Schiffen in allen Aspekten zu verbessern. Der Kutter der US-Küstenwache verwendet Nomex-Wabenstrukturen anstelle von Asbestplatten, was nicht nur das Gewicht des Kutters um mehr als 9 Tonnen reduziert, sondern auch die potenziellen Gefahren durch Asbest eliminiert. Für die Innenausstattung des Flugzeugträgers Liaoning wurden über 100.000 Quadratmeter Aramidplatten verwendet, deren Preis zwischen 1.500 und 2.000 Yuan pro Quadratmeter liegt. Es wird davon ausgegangen, dass große Forschungsinstitute der China Shipbuilding Industry Corporation begonnen haben, Aramid-Wabenplatten für leichte Schiffsinnenausstattungsprojekte einzusetzen.

Bereich Schienenverkehr: Aramidmaterialien können den Energieverbrauch und die Geräuschentwicklung von Hochgeschwindigkeitszügen wirksam reduzieren. Sie werden in Seitenwänden, Dachpaneelen, Sitzen, Trennwänden, Gepäckablagen und Oberlichtern von Hochgeschwindigkeitszügen verwendet, um das Fahrzeuggewicht zu reduzieren und die Geschwindigkeit der Züge zu erhöhen. Elektrotriebzüge mit Geschwindigkeiten von über 200 Kilometern pro Stunde benötigen große Mengen Aramid-Papierwabenmaterial. Das Changchun Passenger Car Factory CRH-5 EMU empfiehlt die Verwendung von Aramid-Papierwabenmaterial als Sandwichstrukturmaterial für Hochgeschwindigkeitszüge. Der jährliche Bedarf an 10–15 mm Aramid-Papierwabenmaterial beträgt 50.000 Quadratmeter. Darüber hinaus werden in neuen Modellen wie Standard-Elektrotriebzügen, Schlafwagen und Niederflurwagen mit neuer Antriebsart Aramid-Papierwabenstrukturen im Innendesign verwendet, um den Anforderungen an geringes Gewicht und Komfort gerecht zu werden.

Darüber hinaus können Aramidpapier-Wabenkernmaterialien auch bei der Herstellung von Rotorblättern für Windturbinen, Schiffe und Yachten, Rennboote, Skier, Wohnmobile und andere Produkte verwendet werden.

Die weltweite Produktionskapazität für Aramidfasern beträgt derzeit etwa 140.000 bis 150.000 Tonnen, davon mehr als 50.000 Tonnen Meta-Aramidfasern und 90.000 bis 100.000 Tonnen Para-Aramidfasern. Etwa 60 % der Meta-Aramidfasern werden in China in der industriellen Filterung im unteren Preissegment eingesetzt, nur etwa 10 % in hochwertigen Dämm- und Wabenkernmaterialien. 40 % der Para-Aramidfasern werden in China für optische Faserverstärkungen verwendet. 20 % werden für kugelsichere Schutzkleidung, militärische Schutzhelme, Handschuhe usw. verwendet. 20 % werden in der Automobil-Gummiindustrie und 20 % für Verbundwerkstoffe verwendet.

Aramidpapier: Laut Statistik beträgt die nominale Produktionskapazität für Aramidpapier weltweit etwa 20.000 Tonnen pro Jahr, die tatsächliche Produktionskapazität etwa 12.000 Tonnen pro Jahr. Die weltweite Nachfrage nach Aramidpapier beträgt etwa 10.000 Tonnen pro Jahr, und den größten Marktanteil hält DuPont. Laut den vom CITIC Securities Research Institute zusammengestellten Daten wird Aramidpapier weltweit hauptsächlich für elektrische Isolierungen und Wabenkernmaterialien verwendet (64 % bzw. 34 %). Ein Vergleich der weltweiten Verbrauchsstruktur zeigt, dass 90,76 % des Aramidpapierbedarfs meines Landes im Jahr 2020 aus der Elektroisolierung stammen, während der Verbrauch von Wabenstrukturmaterialien und anderen Verbundwerkstoffen nur 9,24 % beträgt.

Derzeit ist Minshida der wichtigste inländische Hersteller von Aramidpapier. Minshida ist der größte Aramidpapierhersteller Chinas. Derzeit liegt sein weltweiter Marktanteil bei Aramidpapierprodukten auf Platz zwei, nur übertroffen von DuPont in den USA.

Nach der Berechnung, dass aus einem 100 kg schweren Stück Aramidpapier 3 Kubikmeter Wabenkernmaterial hergestellt werden können, beträgt die theoretische Produktionskapazität für Aramidwaben weltweit 2,04 Millionen Kubikmeter, und die theoretische Produktionskapazität für Aramidwaben auf dem chinesischen Markt beträgt 240.000 Kubikmeter. Die der effektiven Produktionskapazität entsprechende Aramidwabenkernkapazität beträgt etwa 54.000 Kubikmeter.

AVIC Composites ist derzeit der wichtigste inländische Hersteller von Aramid-Wabenkernmaterialien. Die Wabenproduktion von AVIC Composites erfolgt hauptsächlich in Peking und Nantong. Die großformatige Wabenproduktionslinie in Nantong ist international führend und weist einen hohen Automatisierungsgrad auf. Die Produkte des Unternehmens sind hauptsächlich für den zivilen Flugzeugbau und für ausländische Kunden wie Airbus, Boeing und Yaqi bestimmt.

In den letzten Jahren hat mein Land seine politische Unterstützung für Aramidfasermaterialien und Aramidpapier kontinuierlich verstärkt. Insbesondere die rasante Entwicklung der Hochgeschwindigkeitszüge, des inländischen Flugzeugbaus, der Flugzeugträger und anderer Ausrüstungsindustrien in meinem Land hat in den letzten Jahren die Entwicklung von Aramid-Isolierpapier und Aramidpapier-Wabenkernmaterialien vorangetrieben.

Mit der zunehmenden Anwendung von Aramidpapier werden dem Aramidpapiermarkt gute Entwicklungsaussichten zugeschrieben. Laut externen Daten ist der Aramidpapierverbrauch in China von 2.742 Tonnen im Jahr 2017 auf 4.215 Tonnen im Jahr 2021 gestiegen und wird voraussichtlich 12.357 Tonnen im Jahr 2028 erreichen. Die Wabenstruktur ist die beste tragende Struktur in der Luft- und Raumfahrt und wird noch lange Zeit im Strukturdesign von Flugzeugen und Raumfahrzeugen verwendet werden.