Hochleistungs-Militärverbundwerkstoff - Aramidfaser

Aramidfasern zeichnen sich durch hohe Festigkeit, hohen Elastizitätsmodul, hohe Temperaturbeständigkeit und geringes Gewicht aus. Aus ihnen hergestellte Aramidpapiere und Aramidwabenkernmaterialien bieten breite Anwendungsmöglichkeiten. Sie sind unverzichtbare Schlüsselmaterialien in anderen Bereichen.

Der vollständige Name der Aramidfaser lautet „aromatische Polyamidfaser“. Sie zeichnet 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 Endprodukte verwendet, sondern müssen zu Geweben oder entsprechenden Verbundwerkstoffen verarbeitet werden.

Die Kategorie und Leistung von Aramidfasern haben einen relativ großen Einfluss auf die Leistung des Endprodukts. Aramidfasern lassen sich in drei Typen unterteilen: Ortho-Aramid, Para-Aramid (Aramid 1414, PPTA) und Meta-Aramid (Aramid 1313, PMTA). Zu den industriell hergestellten Produkten zählen vor allem Meta-Aramid und Para-Aramid. Aramidpapier aus reinem Meta-Aramid zeichnet sich durch hohe Festigkeit, geringe Verformung, hohe Temperaturbeständigkeit, chemische Korrosionsbeständigkeit, Flammhemmung und hervorragende elektrische Isoliereigenschaften aus und wird häufig in der Landesverteidigung, der Luft- und Raumfahrt, bei Hochgeschwindigkeitszügen sowie in der elektrischen Isolierung und anderen Bereichen eingesetzt. Para-Aramid weist eine bessere Gesamtleistung als Meta-Aramid auf und kann in der Luft- und Raumfahrtindustrie für Feststoffraketenmotorgehäuse für Flugkörper und sekundäre Strukturmaterialien für große Flugzeuge (wie Kabinentüren, Fenster usw., Flügelbezogene Teile usw.), Körperpanzerung, kugelsichere Helme, stich- und schnittfeste Kleidung, EOD-Kleidung, hochelastische Fallschirme, kugelsichere Karosserien, Panzerplatten usw. in der Verteidigungsindustrie verwendet werden.

Von der Aramidfaser bis zum Aramid-Wabenkernmaterial durchläuft es eine Reihe von Produktionsprozessen wie Papierherstellung und Heißpressen. Je nach Verfahren und Produktionsprozess handelt es sich hauptsächlich um Produkte wie Aramidpapier und Aramid-Wabenkernmaterial.

Aramidpapier ist ein neues Hochleistungsmaterial, das aus Aramidfasern in Papierqualität durch Nassformung, Hochtemperaturveredelung und andere Verfahren hergestellt wird. Die US-amerikanische DuPont Company entwickelte Aramidpapier in den 1960er Jahren erfolgreich. Aufgrund seiner hervorragenden Eigenschaften wie Flammhemmung, Isolierung, Hochtemperaturbeständigkeit und hoher Festigkeit hat es sich nach und nach zu einem unverzichtbaren Schlüsselmaterial für die Entwicklung wichtiger Branchen und Bereiche wie der Elektronik und 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 sechs Seiten einer natürlichen Wabenstruktur 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 der Luft- und Raumfahrt, im Schienenverkehr und in der Landesverteidigung. Aufgrund ihrer hervorragenden Leistungsfähigkeit hat sich Aramidwabenkernmaterial zu einem wichtigen gewichtsreduzierenden Material in der Luft- und Raumfahrt, im Schienenverkehr und anderen Bereichen entwickelt. In Kombination mit Prepreg nimmt es gleichzeitig eine wichtige Position im Bereich der Wellenabsorption ein.

Das absorbierende Material mit Wabenkernstruktur ist ein wichtiges strukturelles Absorptionsmaterial. Es wird hauptsächlich im Bereich der Radartarnung eingesetzt. Es besteht aus einer mit Absorptionsmittel imprägnierten Aramidwabe und einer wellendurchlässigen Platte und verfügt über hervorragende mechanische und absorbierende Eigenschaften. Die Absorptionsleistung des absorbierenden Materials mit Aramidwabenstruktur hängt hauptsächlich von der Größe der Wabe und dem imprägnierten Klebstoffsystem ab. Derzeit bietet das absorbierende Material mit Aramidwabenstruktur eine starke Absorption im Frequenzband von 0–18 GHz.

1. Hauptanwendungsszenarien von Aramidpapier

Zu den nachgelagerten Anwendungsgebieten des Produkts zählen je nach funktionaler Anwendung vor allem die Elektroisolierung (als Isoliermaterial) und das Wabenkernmaterial (als strukturelles, gewichtsreduzierendes Material).

Produkte der Meta-Aramidpapier-Serie werden hauptsächlich im Bereich der elektrischen Isolierung und in geringem Umfang auch für Wabenkernmaterialien eingesetzt. In China wird Aramidpapier derzeit vor allem bei Transformatoren eingesetzt. Gleichzeitig steigen mit der Elektrifizierung des Schienennetzes und dem großflächigen Bau von U-Bahnen und Stadtbahnen die Anforderungen an die 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 des aus Para-Aramid-Papier hergestellten Wabenkernmaterials 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 hohen Kosten wird es jedoch häufig für Wabenkernmaterialien verwendet, die eine hohe Festigkeit erfordern.

2. Hauptanwendungsszenarien von Aramid-Wabenkernmaterial

Luftfahrtbereich: Wenn das Kernmaterial aus Aramidpapierwaben mit Platten zu einer Sandwichstruktur kombiniert wird, stellt es eine ideale Strukturform dar und wird in der Luftfahrt häufig verwendet. Zu den Hauptanwendungsteilen zählen Klappen, Querruder, Vorderkanten des Seitenleitwerks, Seitenruder, Canards, Rumpf, Rotorblätter, Radarkuppel, Wandpaneele, Luken, Böden und andere Komponenten sowie große starre und sekundär tragende Komponenten von Flugzeugen. Als Kernmaterial erster Wahl für Flugzeug-Verbundwaben-Sandwichstrukturen kann es die Strukturqualität von Flugzeugen verbessern und die Wellendurchlässigkeit, Lärmreduzierung und Wärmedämmleistung von Funktionskomponenten verbessern. Laut Statistik bestehen in inländischen Straight-Nine-Flugzeugen über 280 Nomex-Wabenplatten, die etwa 80 % der gesamten Maschine bedecken. Die Wabenplatten des amerikanischen Kampfflugzeugs F-111 machen über 90 % der gesamten Formfläche aus. C919 im Flugzeug: Um den Anforderungen der Gewichtsreduzierung gerecht zu werden, werden in vielen Teilen zahlreiche Wabenkernmaterialien verwendet. Der Bedarf an Aramid-Wabenkernmaterialien pro Flug wird auf über 10 Millionen Yuan geschätzt.

Im Schiffsbau: Die Wabenstruktur kann nicht nur das Leergewicht des Schiffes reduzieren, die Manövrierfähigkeit und Stoßfestigkeit verbessern, sondern auch die Korrosionsbeständigkeit und Tarnfähigkeit des Schiffes deutlich steigern. In den letzten Jahren haben die Marinen verschiedener Länder Wabenstrukturen für Aufbauten wie Deckshäuser, Schotten und Flugzeugdecken von Überwasserschiffen eingesetzt, um die Leistungsfähigkeit aller Aspekte des Schiffes zu verbessern. Das Schnellboot der US-Küstenwache verwendet eine Nomex-Wabenstruktur anstelle von Asbestplatten, wodurch nicht nur das Gewicht des Schnellboots um mehr als 9 Tonnen reduziert, sondern auch die durch Asbest verursachten Gefahren eliminiert werden. Der Quadratmeterpreis liegt bei 1500 bis 2000 Yuan. Es wird davon ausgegangen, dass die großen Forschungsinstitute des CSIC begonnen haben, Aramid-Wabenplatten für leichte Schiffsinnenausstattungsprojekte einzusetzen.

Im Schienenverkehr: Aramidmaterialien können den Energieverbrauch und die Geräuschentwicklung von Hochgeschwindigkeitszügen wirksam reduzieren. Sie werden in Seitenwänden, Dachpaneelen, Sitzen, Trennwänden, Gepäckablagen und Oberlichtern von Hochgeschwindigkeitszügen eingesetzt, um das Fahrzeuggewicht zu reduzieren. Um die Geschwindigkeit von Zügen zu erhöhen, benötigt ein Kraftfahrzeug mit einer Geschwindigkeit von über 200 km/h große Mengen Aramidpapierwabenmaterial. Das Buswerk Changchun empfiehlt die Verwendung von Aramidpapierwabenmaterial als Zwischenschichtstrukturmaterial für Hochgeschwindigkeitszüge der Baureihe CRH-5 EMUs. Der jährliche Bedarf an 10–15 mm starken Aramidpapierwabenmaterialien beträgt 50.000 Quadratmeter. Aufgrund der Anforderungen an geringes Gewicht und Komfort werden auch bei neuen Modellen wie Flurwagen Aramidwabenstrukturen im Innenraumdesign verwendet.

Darüber hinaus kann das Wabenkernmaterial aus Aramidpapier auch bei der Herstellung von Ventilatorflügeln, Schiffen, Yachten, Ruderbooten, Snowboards, Wohnmobilen und anderen Produkten verwendet werden.

1. Angebot und Nachfrage von Aramidfasern

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 im vergleichsweise einfachen industriellen Filterbereich eingesetzt, nur etwa 10 % in hochwertigen Dämm- und Wabenkernmaterialien. 40 % der Para-Aramidfasern werden in China für Faserverstärkungen verwendet, 20 % für kugelsichere Schutzkleidung, militärische Schutzhelme, Handschuhe usw., 20 % für die Automobil-Gummiindustrie und 20 % für Verbundwerkstoffe.

2. Angebot und Nachfrage von Aramidpapier

Aramidpapier: Laut Statistik beträgt die weltweite nominale Produktionskapazität für Aramidpapier etwa 20.000 Tonnen pro Jahr, die tatsächliche Produktionskapazität etwa 12.000 Tonnen pro Jahr. Die weltweite Nachfrage nach Aramidpapier liegt bei 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 Verwendung in Elektrogeräten stammten. Isolierungen, während der Verbrauch von Wabenstrukturmaterialien und anderen Verbundwerkstoffen nur 9,24 % betrug.

Der wichtigste inländische Hersteller von Aramidpapier ist derzeit Minshida. Minstar ist der größte Aramidpapierhersteller Chinas und hat bei Aramidpapierprodukten weltweit den zweithöchsten Marktanteil, nur übertroffen von DuPont aus den USA.

3. Angebot und Nachfrage von Aramid-Wabenkernmaterial

Nach der Berechnung, dass aus 100 kg 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 effektive Produktionskapazität entspricht etwa 54.000 Kubikmetern.

AVIC Composite Materials ist derzeit der wichtigste inländische Hersteller von Aramid-Wabenkernmaterialien. Die Wabenproduktion von AVIC Composite Materials erfolgt hauptsächlich in Peking und Nantong. Die großformatige Wabenproduktionslinie in Nantong zeichnet sich durch ein international fortschrittliches Niveau und einen hohen Automatisierungsgrad aus. Die Produkte sind hauptsächlich auf den Bereich der Zivilluftfahrt ausgerichtet und werden hauptsächlich von ausländischen Kunden wie Airbus, Boeing und Yaqi beliefert.

In den letzten Jahren hat mein Land die politische Unterstützung für Aramidfasermaterialien und Aramidpapier kontinuierlich verstärkt. Insbesondere in den letzten Jahren hat die rasante Entwicklung der Hochgeschwindigkeitszüge, des inländischen Flugzeugbaus, der Flugzeugträger und anderer Ausrüstungsindustrien in meinem Land 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 Verbrauch von Aramidpapier in China von 2.742 Tonnen im Jahr 2017 auf 4.215 Tonnen im Jahr 2021 gestiegen. In China wird der Verbrauch von Aramidpapier im Jahr 2028 voraussichtlich 12.357 Tonnen 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.

Suiyin Capital wird sich weiterhin auf die Anwendung und Entwicklung neuer Materialien im Bereich der nationalen Verteidigungs- und Militärindustrie sowie der High-End-Fertigung konzentrieren, Hidden Champions und führende Unternehmen auf dem Markt entdecken, Kapital zur Unterstützung der nationalen Verteidigungs- und Militärindustrie einsetzen, zur Entwicklung des Landes beitragen und Werte für die Gesellschaft schaffen.