Materiale composito militare ad alte prestazioni: fibra aramidica

Le fibre aramidiche presentano i vantaggi di elevata resistenza, elevato modulo elastico, resistenza alle alte temperature e leggerezza. La carta aramidica e i materiali con anima a nido d'ape in aramide ottenuti da queste fibre hanno ampie prospettive applicative. Materiali chiave indispensabili in altri campi.

Il nome completo della fibra aramidica è "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. Le fibre aramidiche non vengono utilizzate direttamente come prodotti finali, ma devono essere trasformate in tessuti o materiali compositi corrispondenti.

La categoria e le prestazioni della fibra aramidica hanno un impatto relativamente significativo sulle prestazioni del prodotto finale. Le fibre aramidiche possono essere suddivise in tre tipologie: orto-aramidica, para-aramidica (aramide 1414, PPTA) e meta-aramidica (aramide 1313, PMTA). Tra queste, i prodotti industrializzati includono principalmente meta-aramidica e para-aramidica. Esistono due tipi di aramide. La carta aramidica realizzata in meta-aramidica 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 nella difesa nazionale, nell'industria aerospaziale, nei treni ad alta velocità e nell'isolamento elettrico, tra gli altri settori. Il para-aramide ha prestazioni complessive migliori del meta-aramide e può essere utilizzato nell'industria aerospaziale per gli involucri dei motori a razzo solido per missili e per i materiali strutturali secondari per grandi aeromobili (come porte delle cabine, finestre, ecc., parti relative alle ali, ecc.), giubbotti antiproiettile, caschi antiproiettile, indumenti antitaglio e antipugnalata, indumenti EOD, paracaduti 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, il materiale deve passare attraverso una serie di processi produttivi come la fabbricazione della carta e la pressatura a caldo. A seconda del processo e del processo produttivo, si tratta principalmente di prodotti come la carta aramidica e il materiale con anima a nido d'ape in aramide.

La carta aramidica è un nuovo materiale ad alte prestazioni, ottenuto da fibre aramidiche di qualità per la fabbricazione della carta, attraverso processi di formatura a umido, finitura ad alta temperatura e altri processi. La DuPont Company degli Stati Uniti 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 come l'elettronica e le comunicazioni.

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 i sei lati di una struttura a nido d'ape naturale. È leggero, altamente resistente, ha un elevato modulo elastico, è altamente stabile e offre vantaggi in termini di isolamento acustico, isolamento termico, ignifugo, ecc. Può essere utilizzato come materiale strutturale leggero e ad alta resistenza (principalmente come materiale di base), utilizzato in settori quali l'aerospaziale, il trasporto ferroviario, la difesa nazionale, ecc. Un settore importante. Il materiale d'anima a nido d'ape in aramide è diventato un importante materiale per la riduzione del peso in settori quali l'aerospaziale, il trasporto ferroviario e altri settori grazie alle sue eccellenti prestazioni; allo stesso tempo, in combinazione con il preimpregnato, occupa una posizione di rilievo nel campo dell'assorbimento delle onde.

Il materiale assorbente con struttura a sandwich a nido d'ape, basato su un nucleo a nido d'ape, è un importante materiale assorbente strutturale. Il materiale assorbente con struttura a sandwich a nido d'ape è utilizzato principalmente nel campo della tecnologia radar stealth; è composto da un nido d'ape in aramide impregnato con agente assorbente e da un pannello di trasmissione delle onde, che presenta eccellenti proprietà meccaniche e di assorbimento. Per quanto riguarda il materiale assorbente con struttura a sandwich a nido d'ape in aramide, le sue prestazioni di assorbimento dipendono principalmente dalle dimensioni del nido d'ape stesso e dal sistema di colla impregnato. Attualmente, il materiale assorbente con struttura a sandwich a nido d'ape in aramide può generare un forte assorbimento nella banda di frequenza 0-18 GHz.

1. Principali scenari applicativi della carta aramidica

A seconda dell'applicazione funzionale del prodotto, i campi di applicazione successivi del prodotto includono principalmente l'isolamento elettrico (come materiale isolante) e il materiale con anima a nido d'ape (come materiale strutturale per la riduzione del peso).

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, vengono richiesti requisiti più elevati per le apparecchiature dei treni ad alta velocità, compresi i trasformatori di trazione ad alta potenza.

I prodotti in carta para-aramidica sono utilizzati principalmente nel campo dei materiali per anime a nido d'ape. Rispetto al materiale per anime a nido d'ape in carta meta-aramidica, le proprietà meccaniche complessive del materiale per anime a nido d'ape realizzato con carta para-aramidica sono significativamente migliorate rispetto al materiale per anime a nido d'ape in carta meta-aramidica, e la sua resistenza è 5 volte superiore a quella dell'acciaio della stessa qualità. Tuttavia, la densità è solo un quinto di quella dell'acciaio; tuttavia, a causa del suo costo elevato, viene generalmente utilizzato nel campo dei materiali per anime a nido d'ape che richiedono un'elevata resistenza.

2. Principali scenari applicativi del materiale con anima a nido d'ape in aramide

Settore aeronautico: una volta che il materiale del nucleo a nido d'ape in carta aramidica viene combinato con il pannello per formare una struttura a sandwich, può essere utilizzato come una delle forme strutturali ideali ed è stato ampiamente utilizzato nel settore aeronautico. Le principali parti di applicazione includono flap, alettoni, bordo d'attacco della coda verticale, timone, canard, fusoliera, pale, radome, pannelli di parete, portelli, pavimenti e altri componenti, nonché grandi componenti rigidi e portanti secondari dell'aeromobile. Come materiale di base di prima scelta per la struttura a sandwich a nido d'ape in composito aeronautico, può ridurre la qualità strutturale dell'aeromobile e realizzare la trasmissione delle onde, la riduzione del rumore e le prestazioni di isolamento termico dei componenti funzionali. Secondo le statistiche, ci sono più di 280 pannelli a nido d'ape Nomex nei velivoli a nove cilindri in linea nazionali, che coprono circa l'80% dell'intera macchina; i pannelli a nido d'ape del caccia americano F-111 rappresentano oltre il 90% dell'intera area della forma; C919 nell'aereo. Un gran numero di materiali con anima a nido d'ape viene utilizzato in molte parti per soddisfare le esigenze 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.

Nel settore navale: la struttura a nido d'ape a sandwich non solo può ridurre il peso della nave vuota, migliorarne la manovrabilità e la resistenza agli urti, ma anche migliorarne significativamente la resistenza alla corrosione e la capacità di "stealth". Negli ultimi anni, le marine militari di vari paesi hanno utilizzato materiali a nido d'ape per sovrastrutture come tughe, paratie e soffitti di aeromobili di navi di superficie, migliorando le prestazioni complessive di tutti gli aspetti delle navi. Il motoscafo della Guardia Costiera statunitense utilizza la struttura a nido d'ape in Nomex per sostituire i pannelli in amianto, il che non solo riduce il peso del motoscafo di oltre 9 tonnellate, ma elimina anche i potenziali rischi causati dall'amianto; il prezzo al metro quadro è di 1500-2000 yuan. È noto che i principali istituti di ricerca del CSIC hanno iniziato a utilizzare pannelli a nido d'ape in aramide per progetti di interni navali leggeri.

Nel settore del trasporto ferroviario: i materiali aramidici possono ridurre efficacemente il consumo energetico e il rumore dei treni ad alta velocità. Sono stati applicati a pannelli laterali, pannelli del tetto, sedili, divisori, portapacchi e pannelli del lucernario dei veicoli ferroviari ad alta velocità per ridurne il peso. Per aumentare la velocità del treno, un veicolo a motore con velocità superiore a 200 km/h deve utilizzare una grande quantità di materiale a nido d'ape in carta aramidica. La fabbrica di autobus di Changchun raccomanda l'uso di materiale a nido d'ape in carta aramidica come materiale strutturale interstrato nei treni ad alta velocità per le EMU CRH-5. La domanda annua di materiali a nido d'ape in carta aramidica da 10-15 mm raggiunge i 50.000 metri quadrati; per soddisfare i requisiti di leggerezza e comfort, anche nuovi modelli, come le carrozze a pianale, adottano la struttura a nido d'ape in carta aramidica nella progettazione degli interni.

Inoltre, il materiale con anima a nido d'ape in carta aramidica può essere utilizzato anche nella fabbricazione di pale di ventilatori, navi, yacht, barche a remi, snowboard, camper e altri prodotti.

1. Domanda e offerta di fibra aramidica

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 Cina nel settore della filtrazione industriale di fascia relativamente bassa, e solo circa il 10% viene utilizzato nei settori dell'isolamento di fascia alta e dei materiali a nido d'ape. Per quanto riguarda le fibre para-aramidiche, il 40% viene utilizzato in Cina per il rinforzo delle fibre; il 20% viene utilizzato per protezioni antiproiettile, caschi antiproiettile militari, guanti, ecc.; il 20% viene utilizzato per l'industria automobilistica della gomma; il 20% viene utilizzato per i materiali compositi.

2. Domanda e offerta di carta aramidica

Carta aramidica: secondo le statistiche, la capacità produttiva nominale globale di carta aramidica è di circa 20.000 tonnellate/anno e 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 globale 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 dagli elettrodomestici. L'isolamento, mentre il consumo di materiali con struttura a nido d'ape e altri materiali compositi rappresentava solo il 9,24%.

Attualmente, il principale produttore nazionale di carta aramidica è Minshida. Minstar è il primo produttore di carta aramidica in Cina e la sua quota di mercato globale di prodotti in carta aramidica è attualmente la seconda al mondo, seconda solo a quella della statunitense DuPont.

3. Domanda e offerta di materiale a nido d'ape in aramide

Secondo il calcolo secondo cui 100 kg di carta aramidica possono essere trasformati in 3 metri cubi di materiale a nido d'ape, la capacità produttiva teorica di nido d'ape in aramide nel mondo può raggiungere 2,04 milioni di metri cubi, mentre la capacità produttiva teorica di nido d'ape in aramide nel mercato cinese può raggiungere 240.000 metri cubi; la capacità produttiva effettiva corrisponde a circa 54.000 metri cubi di materiale a nido d'ape in aramide.

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

Negli ultimi anni, il mio Paese ha continuato ad aumentare il sostegno politico ai materiali in fibra aramidica e alla carta aramidica. Soprattutto negli ultimi anni, il rapido sviluppo dei treni ad alta velocità, della produzione di aeromobili, portaerei e altre industrie manifatturiere del mio Paese 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 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.

Suiyin Capital continuerà a prestare attenzione all'applicazione e allo sviluppo di nuovi materiali nel campo della difesa nazionale e dell'industria militare e nella produzione di fascia alta, a scoprire campioni nascosti e aziende leader sul mercato, a utilizzare il capitale per sostenere la causa della difesa nazionale e dell'industria militare, a contribuire allo sviluppo del Paese e a creare valore per la società.