La carta aramidica diventa la principale forza di sviluppo dell'industria aerospaziale

Con l'aumento dei campi di applicazione della carta aramidica, si prevede che il mercato della carta aramidica avrà buone prospettive di sviluppo. Secondo dati pubblici di terze parti, il consumo di carta aramidica in Cina è aumentato da 2.742 tonnellate nel 2017 a 4.215 tonnellate nel 2021, e si prevede che il consumo di carta aramidica nel mio Paese raggiungerà le 12.357 tonnellate nel 2028. La struttura a nido d'ape è la migliore struttura portante nel settore aerospaziale e continuerà a essere utilizzata nella progettazione strutturale di aeromobili e veicoli spaziali per lungo tempo.

La fibra aramidica è chiamata "fibra poliammidica aromatica". Presenta eccellenti proprietà come elevatissima resistenza, elevato modulo elastico, resistenza alle alte temperature, resistenza ad acidi e alcali e leggerezza. La fibra aramidica è stata sviluppata e commercializzata con successo da DuPont negli Stati Uniti negli anni '60. La fibra aramidica non viene utilizzata direttamente come prodotto finale. Deve almeno essere trasformata in tessuti o materiali compositi corrispondenti prima di poter essere utilizzata. La categoria e le prestazioni della fibra aramidica hanno un impatto relativamente significativo sulle prestazioni del prodotto finale. La fibra aramidica può essere suddivisa in tre tipologie: orto-aramidica, para-aramidica (aramidica 1414, PPTA) e meta-aramidica (aramidica 1313, PMTA). Tra queste, i prodotti industrializzati sono principalmente meta-aramidica e para-aramidica. La carta aramidica realizzata in meta-aramide pura presenta elevata resistenza, bassa deformazione, resistenza alle alte temperature, resistenza alla corrosione chimica, ignifuga ed eccellenti proprietà di isolamento elettrico, ed è ampiamente utilizzata in difesa, aerospaziale, treni ad alta velocità e isolamento elettrico. La para-aramide presenta proprietà complessive migliori rispetto alla meta-aramide. Può essere utilizzata nell'industria aerospaziale per produrre gusci di motori a propellente solido per missili e materiali strutturali secondari per aeromobili di grandi dimensioni (come porte di cabina, finestrini, componenti alari, ecc.), giubbotti antiproiettile, caschi antiproiettile, indumenti antitaglio e antitaglio, indumenti antibomba, paracadute ad alta elasticità, carrozzerie antiproiettile, piastre di corazza, ecc. nell'industria della difesa.

Dalla fibra aramidica al materiale con anima a nido d'ape in aramide, sono necessari una serie di processi produttivi come la fabbricazione della carta e la pressatura a caldo. A seconda del processo e del flusso di produzione, si tratta principalmente di carta aramidica, materiali con anima a nido d'ape in aramide e altri prodotti. La carta aramidica è un nuovo materiale ad alte prestazioni ottenuto da fibre aramidiche di qualità cartacea mediante formatura a umido, finitura ad alta temperatura e altri processi. DuPont ha sviluppato con successo la carta aramidica negli anni '60. Grazie alle sue eccellenti proprietà, come l'intrinseca ignifugazione, l'isolamento, la resistenza alle alte temperature e l'elevata resistenza, è gradualmente diventata un materiale chiave indispensabile per lo sviluppo di importanti settori industriali e settori come la difesa nazionale, l'aerospaziale, l'energia elettrica, il trasporto ferroviario, le nuove energie e le comunicazioni elettroniche.

Il nido d'ape in aramide è una struttura bionica realizzata in carta aramidica attraverso una serie di processi complessi come incollaggio, laminazione, pressatura a caldo, rifilatura, stiratura, formatura, immersione e polimerizzazione. Presenta la struttura esagonale di un nido d'ape naturale. È leggero, ad alta resistenza, ad alto modulo elastico, con elevata stabilità strutturale e offre i vantaggi dell'isolamento acustico, termico e ignifugo. Può essere utilizzato come materiale strutturale leggero e ad alta resistenza (principalmente come materiale d'anima) e applicato in settori chiave come l'aerospaziale, il trasporto ferroviario e la difesa nazionale. Il materiale d'anima a nido d'ape in aramide è diventato un importante materiale per la riduzione del peso nei settori aerospaziale, ferroviario e in altri settori grazie alle sue eccellenti prestazioni. Allo stesso tempo, in combinazione con il preimpregnato, occupa una posizione importante nel campo dell'assorbimento delle onde.

Gli assorbitori con struttura a nido d'ape a sandwich, basati su materiali con anima a nido d'ape, sono importanti assorbitori strutturali. Gli assorbitori a nido d'ape a sandwich sono utilizzati principalmente nel campo della tecnologia radar stealth. Sono composti da nido d'ape in aramide impregnati con assorbitori e pannelli trasmettitori d'onda e presentano eccellenti proprietà meccaniche e di assorbimento. Per quanto riguarda gli assorbitori a nido d'ape a sandwich in aramide, le loro proprietà di assorbimento dipendono principalmente dalle specifiche e dalle dimensioni dei nidi stessi e dal sistema di impregnazione e colla. Attualmente, gli assorbitori a nido d'ape a sandwich in aramide possono generare un forte assorbimento nella banda di frequenza 0-18 GHz.

I prodotti in carta meta-aramidica sono utilizzati principalmente nel campo dell'isolamento elettrico e, in piccola quantità, nei materiali a nido d'ape. I trasformatori sono attualmente il settore in cui la carta aramidica è maggiormente utilizzata nel mio Paese. Allo stesso tempo, con l'elettrificazione delle ferrovie nel mio Paese e la costruzione su larga scala di metropolitane e ferrovie leggere, sono stati imposti requisiti più stringenti per le apparecchiature correlate ai treni ad alta velocità, compresi i trasformatori di trazione ad alta potenza.

I prodotti della serie di carta para-aramidica sono utilizzati principalmente nel campo dei materiali a nido d'ape. Rispetto ai materiali a nido d'ape in carta meta-aramidica, le proprietà meccaniche complessive dei materiali a nido d'ape in carta para-aramidica sono significativamente migliorate. La sua resistenza è 5 volte superiore a quella dell'acciaio della stessa qualità, ma la sua densità è solo un quinto di quella dell'acciaio. Tuttavia, a causa del suo costo elevato, viene generalmente utilizzato nel campo dei materiali a nido d'ape con requisiti di resistenza più elevati.

2. Principali scenari applicativi dei materiali con anima a nido d'ape in aramide
Settore aeronautico: Una volta combinati con i pannelli per formare una struttura a sandwich, i materiali con anima a nido d'ape in carta aramidica possono essere utilizzati come una delle forme strutturali ideali e sono ampiamente utilizzati nel settore aeronautico. I principali componenti di applicazione includono flap, alettoni, bordi d'attacco verticali della coda, timoni, canard, fusoliere, pale, radome, pannelli di parete, porte, pavimenti e altre parti, nonché componenti ad elevata rigidità e parti portanti secondarie degli aeromobili. Essendo il materiale d'anima preferito per le strutture sandwich a nido d'ape composite aeronautiche, può ridurre la massa strutturale del velivolo e ottenere prestazioni di trasmissione delle onde, riduzione del rumore e isolamento termico dei componenti funzionali. Secondo le statistiche, ci sono più di 280 pannelli a nido d'ape Nomex nell'aereo nazionale Z-9, che coprono circa l'80% dell'intero velivolo. I pannelli a nido d'ape del caccia statunitense F-111 rappresentano oltre il 90% dell'intera superficie esterna. Il C919 utilizza un gran numero di materiali a nido d'ape in diverse parti dell'aereo per soddisfare l'esigenza di riduzione del peso. Si prevede che la domanda di materiali con anima a nido d'ape in aramide per un singolo volo supererà i 10 milioni di yuan.

Campo nave: Le strutture sandwich a nido d'ape non solo possono ridurre il peso delle navi vuote, migliorarne la manovrabilità e la resistenza agli urti, ma anche migliorarne notevolmente la resistenza alla corrosione e la capacità "stealth" (invisibilità). Negli ultimi anni, le marine militari di vari paesi hanno utilizzato materiali sandwich a nido d'ape per sovrastrutture come tughe, paratie e soffitti di aeromobili di navi di superficie, migliorando le prestazioni complessive delle navi sotto ogni aspetto. Il cutter della Guardia Costiera statunitense utilizza la struttura a nido d'ape Nomex per sostituire i pannelli in amianto, il che non solo riduce il peso del cutter di oltre 9 tonnellate, ma elimina anche i potenziali rischi causati dall'amianto. Per la decorazione interna della portaerei Liaoning sono stati utilizzati oltre 100.000 metri quadrati di lastre aramidiche, con un prezzo di 1.500-2.000 yuan al metro quadro. È noto che i principali istituti di ricerca della China Shipbuilding Industry Corporation hanno iniziato a utilizzare lastre a nido d'ape in aramide per progetti di decorazione interna leggera di navi.

Campo del transito ferroviario: I materiali aramidici possono ridurre efficacemente il consumo energetico e il rumore dei treni ad alta velocità. Sono stati utilizzati nei pannelli laterali, nei pannelli del tetto, nei sedili, nelle partizioni, nei portabagagli e nei pannelli dei lucernari dei veicoli ferroviari ad alta velocità per ridurre il peso del veicolo e aumentare la velocità del treno. Le EMU con velocità superiori a 200 chilometri orari necessitano di un'ampia quantità di materiali a nido d'ape in carta aramidica. La fabbrica di carrozze passeggeri CRH-5 EMU di Changchun raccomanda l'uso di materiali a nido d'ape in carta aramidica come materiali a struttura sandwich per i treni ad alta velocità, con una domanda annua di materiali a nido d'ape in carta aramidica da 10-15 mm per 50.000 metri quadrati. Inoltre, nuovi modelli come le EMU standard, le carrozze letto e le nuove carrozze a pianale ribassato utilizzano anche strutture a nido d'ape in carta aramidica nel design degli interni per soddisfare le esigenze di leggerezza e comfort.

Inoltre, i materiali con anima a nido d'ape in carta aramidica possono essere utilizzati anche nella fabbricazione di pale eoliche, navi e yacht, barche da regata, sci, camper e altri prodotti.

Attualmente, la capacità produttiva globale di fibre aramidiche è di circa 140.000-150.000 tonnellate, di cui oltre 50.000 tonnellate di fibre meta-aramidiche e 90.000-100.000 tonnellate di fibre para-aramidiche. Per quanto riguarda le fibre meta-aramidiche, circa il 60% viene utilizzato in settori di filtrazione industriale relativamente economici in Cina, e solo circa il 10% viene utilizzato in materiali isolanti e per nuclei a nido d'ape di alta gamma. Per quanto riguarda le fibre para-aramidiche, il 40% viene utilizzato in Cina per il rinforzo in fibra ottica. Il 20% viene utilizzato per protezioni antiproiettile, caschi antiproiettile militari, guanti, ecc. Il 20% viene utilizzato nell'industria automobilistica della gomma e il 20% nei materiali compositi.

Carta aramidica: secondo le statistiche, la capacità produttiva nominale di carta aramidica nel mondo è di circa 20.000 tonnellate/anno, mentre la capacità produttiva effettiva è di circa 12.000 tonnellate/anno. La domanda globale di carta aramidica è di circa 10.000 tonnellate/anno e la quota di mercato principale è detenuta da DuPont. Secondo i dati raccolti dal CITIC Securities Research Institute, la carta aramidica mondiale viene utilizzata principalmente per l'isolamento elettrico e per i materiali con anima a nido d'ape, rappresentando rispettivamente il 64% e il 34%. Confrontando la struttura dei consumi globali, il 90,76% della domanda di carta aramidica del mio Paese nel 2020 proviene dall'isolamento elettrico, mentre il consumo di materiali strutturali a nido d'ape e altri materiali compositi rappresenta solo il 9,24%.

Attualmente, il principale produttore nazionale di carta aramidica è Minshida. Minshida è il primo produttore di carta aramidica in Cina. Attualmente, la sua quota di mercato globale per i prodotti in carta aramidica è la seconda, seconda solo a quella di DuPont negli Stati Uniti.

In base al calcolo secondo cui un pezzo di carta aramidica da 100 kg può essere trasformato in 3 metri cubi di materiali con anima a nido d'ape, la capacità produttiva teorica di nidi d'ape in aramide nel mondo può raggiungere 2,04 milioni di metri cubi, mentre la capacità produttiva teorica di nidi d'ape in aramide nel mercato cinese può raggiungere 240.000 metri cubi. I materiali con anima a nido d'ape in aramide corrispondenti alla capacità produttiva effettiva sono circa 54.000 metri cubi.

Attualmente, il principale produttore nazionale di materiali a nido d'ape in aramide è AVIC Composites. La produzione di nido d'ape di AVIC Composites è distribuita principalmente a Pechino e Nantong. Tra queste, la linea di produzione di grandi dimensioni di Nantong vanta un livello di avanguardia internazionale e un elevato grado di automazione. I suoi prodotti sono destinati principalmente al settore aeronautico civile e principalmente a clienti esteri come Airbus, Boeing e Yaqi.

Negli ultimi anni, il mio Paese ha continuato ad aumentare il suo sostegno politico ai materiali in fibra aramidica e alla carta aramidica. In particolare, il rapido sviluppo dei treni ad alta velocità, della produzione aeronautica nazionale, delle portaerei e di altre industrie manifatturiere del mio Paese negli ultimi anni ha spinto lo sviluppo di carta isolante aramidica e materiali con anima a nido d'ape in carta aramidica.

Con l'aumento dei campi di applicazione della carta aramidica, si prevede che il mercato della carta aramidica avrà buone prospettive di sviluppo. Secondo dati pubblici di terze parti, il consumo di carta aramidica in Cina è aumentato da 2.742 tonnellate nel 2017 a 4.215 tonnellate nel 2021, e si prevede che raggiungerà le 12.357 tonnellate nel 2028. La struttura a nido d'ape è la migliore struttura portante nel settore aerospaziale e continuerà a essere utilizzata nella progettazione strutturale di aeromobili e veicoli spaziali per lungo tempo.