Bahan komposit militer berkinerja tinggi - serat aramid

Serat aramid memiliki keunggulan kekuatan tinggi, modulus tinggi, ketahanan suhu tinggi, dan bobot ringan. Kertas aramid dan material inti sarang lebah aramid yang dibuat darinya memiliki prospek aplikasi yang luas. Material kunci yang sangat diperlukan di bidang lain.

Nama lengkap serat aramid adalah "serat poliamida aromatik". Serat ini memiliki sifat-sifat unggul seperti kekuatan ultra-tinggi, modulus tinggi, tahan suhu tinggi, tahan asam dan alkali, serta ringan. Serat aramid berhasil dikembangkan dan dikomersialkan oleh DuPont di Amerika Serikat pada tahun 1960-an. Serat aramid tidak langsung digunakan sebagai produk akhir, setidaknya harus dibuat menjadi kain atau material komposit terkait.

Kategori dan kinerja serat aramid memiliki dampak yang relatif besar terhadap kinerja produk akhir. Serat aramid dapat dibagi menjadi tiga jenis: orto-aramid, para-aramid (aramid 1414, PPTA), dan meta-aramid (aramid 1313, PMTA). Di antara ketiganya, produk industri utamanya meliputi meta-aramid dan para-aramid. Serat aramid terbagi menjadi dua jenis. Kertas aramid yang terbuat dari meta-aramid murni memiliki kekuatan tinggi, deformasi rendah, ketahanan suhu tinggi, ketahanan korosi kimia, ketahanan api, dan sifat insulasi listrik yang sangat baik. Kertas aramid ini banyak digunakan dalam pertahanan nasional, kedirgantaraan, kereta api berkecepatan tinggi, insulasi listrik, dan bidang lainnya. Para-aramid memiliki kinerja keseluruhan yang lebih baik daripada meta-aramid, dan dapat digunakan dalam industri kedirgantaraan untuk casing motor roket padat untuk rudal dan bahan struktural sekunder untuk pesawat besar (seperti pintu kabin, jendela, dll.), bagian yang terkait dengan sayap, dll.), pelindung tubuh, helm antipeluru, pakaian antitusuk dan tahan potong, pakaian EOD, parasut elastisitas tinggi, bodi mobil antipeluru, pelat baja, dll. dalam industri pertahanan.

Dari serat aramid hingga material inti sarang lebah aramid, perlu melalui serangkaian proses produksi seperti pembuatan kertas dan pengepresan panas. Berdasarkan proses dan proses produksinya, produk-produk yang dihasilkan terutama berupa kertas aramid dan material inti sarang lebah aramid.

Kertas aramid adalah material baru berkinerja tinggi yang dibuat dari serat aramid kelas kertas melalui proses pembentukan basah, penyelesaian suhu tinggi, dan proses lainnya. DuPont Company dari Amerika Serikat berhasil mengembangkan kertas aramid pada tahun 1960-an. Berkat sifat-sifatnya yang unggul seperti tahan api intrinsik, insulasi, tahan suhu tinggi, dan kekuatan tinggi, kertas aramid secara bertahap menjadi material kunci yang sangat diperlukan untuk pengembangan industri dan bidang-bidang penting seperti elektronik dan komunikasi.

Sarang lebah aramid adalah struktur bionik, yang terbuat dari kertas aramid melalui serangkaian proses kompleks seperti perekatan, laminasi, pengepresan panas, pemangkasan, peregangan, pembentukan, pencelupan, dan pengeringan. Ia memiliki enam sisi struktur berbentuk sarang lebah alami. Bobotnya ringan, kekuatannya tinggi, modulusnya tinggi, stabilitas strukturalnya kuat, dan memiliki keunggulan insulasi suara, insulasi panas, tahan api, dll. Dapat digunakan sebagai bahan struktural ringan berkekuatan tinggi (terutama sebagai bahan inti), digunakan dalam kedirgantaraan, angkutan kereta api, pertahanan nasional, dll. Area penting. Bahan inti sarang lebah aramid telah menjadi bahan pengurang berat yang penting dalam kedirgantaraan, angkutan kereta api, dan bidang lainnya karena kinerjanya yang luar biasa; pada saat yang sama, dikombinasikan dengan prepreg, ia menempati posisi penting dalam bidang penyerapan gelombang.

Material penyerap struktur sandwich sarang lebah yang berbasis pada material inti sarang lebah merupakan material penyerap struktural yang penting. Material penyerap struktur sandwich sarang lebah terutama digunakan dalam bidang radar siluman; material ini terdiri dari sarang lebah aramid yang diimpregnasi dengan agen penyerap dan panel pemancar gelombang, yang memiliki sifat mekanik dan daya serap yang sangat baik. Kinerja penyerap struktur sandwich sarang lebah aramid terutama bergantung pada ukuran sarang lebah itu sendiri dan sistem perekat yang diimpregnasi. Saat ini, material penyerap struktur sandwich sarang lebah aramid dapat membentuk daya serap yang kuat untuk pita frekuensi 0-18GHz.

1. Skenario aplikasi utama kertas aramid

Bergantung pada aplikasi fungsional produk, bidang aplikasi hilir produk terutama mencakup isolasi listrik (sebagai bahan isolasi) dan bahan inti sarang lebah (sebagai bahan pengurang berat struktural).

Produk seri kertas meta-aramid terutama digunakan di bidang isolasi listrik, dan sebagian kecil digunakan di bidang material inti sarang lebah; transformator saat ini merupakan bidang yang paling banyak digunakan di negara saya. Bersamaan dengan itu, dengan elektrifikasi perkeretaapian di negara saya dan pembangunan kereta bawah tanah perkotaan dan kereta ringan dalam skala besar, persyaratan yang lebih tinggi diajukan untuk peralatan terkait kereta api berkecepatan tinggi, termasuk transformator traksi daya tinggi.

Produk seri kertas para-aramid terutama digunakan di bidang material inti sarang lebah. Dibandingkan dengan material inti sarang lebah yang terbuat dari kertas meta-aramid, sifat mekanik komprehensif material inti sarang lebah yang dibuat dengan kertas para-aramid meningkat secara signifikan dibandingkan dengan material inti sarang lebah dari kertas meta-aramid, dan kekuatannya 5 kali lipat dari baja dengan kualitas yang sama. Namun, densitasnya hanya seperlima dari baja; tetapi karena harganya yang tinggi, umumnya digunakan di bidang material inti sarang lebah yang membutuhkan kekuatan tinggi.

2. Skenario aplikasi utama bahan inti sarang lebah aramid

Bidang penerbangan: Setelah bahan inti sarang lebah kertas aramid dikombinasikan dengan panel untuk membentuk struktur sandwich, dapat digunakan sebagai salah satu bentuk struktural yang ideal dan telah banyak digunakan di bidang penerbangan. Bagian aplikasi utama termasuk flap, aileron, tepi depan ekor vertikal, kemudi, canard, badan pesawat, bilah, radome, radome, panel dinding, palka, lantai dan komponen lainnya, serta komponen besar yang menahan tegangan kaku dan sekunder dari pesawat. Sebagai bahan inti pilihan pertama untuk struktur sandwich sarang lebah komposit pesawat, dapat mengurangi kualitas struktural pesawat dan mewujudkan transmisi gelombang, pengurangan kebisingan dan kinerja insulasi panas dari komponen fungsional. Menurut statistik, ada lebih dari 280 panel sarang lebah Nomex dari pesawat straight nine domestik, yang mencakup sekitar 80% dari seluruh mesin; panel sarang lebah dari pesawat tempur F-111 Amerika mencakup lebih dari 90% dari seluruh area bentuk; C919 menggunakan sejumlah besar material inti sarang lebah di banyak bagian pesawat untuk memenuhi kebutuhan pengurangan berat. Permintaan material inti sarang lebah aramid dalam satu penerbangan diperkirakan mencapai lebih dari 10 juta yuan.

Di bidang perkapalan: struktur sandwich sarang lebah tidak hanya dapat mengurangi berat kapal kosong, meningkatkan kemampuan manuver dan ketahanan benturan kapal, tetapi juga meningkatkan ketahanan korosi dan kemampuan "siluman" kapal secara signifikan. Dalam beberapa tahun terakhir, angkatan laut berbagai negara juga telah menggunakan material sandwich sarang lebah untuk bangunan atas seperti rumah geladak, sekat, dan langit-langit pesawat kapal permukaan guna meningkatkan kinerja komprehensif di semua aspek kapal. Kapal cepat Penjaga Pantai AS menggunakan struktur sarang lebah Nomex untuk menggantikan panel asbes, yang tidak hanya mengurangi berat kapal cepat lebih dari 9 ton, tetapi juga menghilangkan potensi bahaya yang disebabkan oleh asbes; harga per meter persegi adalah 1500-2000 yuan. Diketahui bahwa lembaga penelitian utama CSIC telah mulai menggunakan panel sarang lebah aramid sebagai proyek interior kapal ringan.

Di bidang transportasi kereta api: Material aramid dapat secara efektif mengurangi konsumsi energi dan kebisingan kereta api berkecepatan tinggi. Material ini telah diaplikasikan pada panel samping, panel atap, kursi, partisi, rak bagasi, dan panel skylight kereta api berkecepatan tinggi untuk mengurangi bobot kendaraan. Untuk meningkatkan kecepatan kereta, kendaraan bermotor dengan kecepatan lebih dari 200 km/jam perlu menggunakan material sarang lebah kertas aramid dalam jumlah besar. Pabrik Bus Changchun merekomendasikan penggunaan material sarang lebah aramid sebagai material struktur interlayer kereta api berkecepatan tinggi untuk KRL CRH-5. Permintaan tahunan untuk material sarang lebah aramid 10-15 mm mencapai 50.000 meter persegi; Di bawah persyaratan bobot ringan dan kenyamanan, model-model baru seperti gerbong lantai juga mengadopsi struktur sarang lebah aramid dalam desain bagian interior.

Selain itu, bahan inti sarang lebah kertas aramid juga dapat digunakan dalam pembuatan bilah kipas, kapal, kapal pesiar, perahu dayung, papan seluncur salju, RV, dan produk lainnya.

1. Penawaran dan permintaan serat aramid

Saat ini, kapasitas produksi serat aramid global sekitar 140.000-150.000 ton, dengan lebih dari 50.000 ton berupa serat meta-aramid dan 90.000-100.000 ton berupa serat para-aramid. Serat meta-aramid di Tiongkok, sekitar 60% digunakan untuk keperluan filtrasi industri kelas bawah, dan hanya sekitar 10% yang digunakan untuk keperluan insulasi dan material inti sarang lebah kelas atas. Serat para-aramid di Tiongkok, 40% digunakan untuk penguatan serat; 20% digunakan untuk pelindung antipeluru, helm antipeluru militer, sarung tangan, dll.; 20% digunakan untuk industri karet otomotif; dan 20% digunakan untuk material komposit.

2. Penawaran dan permintaan kertas aramid

Kertas aramid: Menurut statistik, kapasitas produksi nominal global kertas aramid sekitar 20.000 ton/tahun, dan kapasitas produksi efektif sekitar 12.000 ton/tahun; permintaan global untuk kertas aramid sekitar 10.000 ton/tahun, dengan pangsa pasar utama ditempati oleh DuPont. Menurut data yang dikumpulkan oleh CITIC Securities Research Institute, kertas aramid global terutama digunakan untuk insulasi listrik dan material inti sarang lebah, masing-masing menyumbang 64% dan 34%. Sebagai tolok ukur struktur konsumsi global, 90,76% permintaan kertas aramid Tiongkok pada tahun 2020 berasal dari peralatan listrik. Isolasi, sementara konsumsi material struktur sarang lebah dan material komposit lainnya hanya menyumbang 9,24%.

Saat ini, produsen kertas aramid domestik utama adalah Minshida. Minstar adalah produsen kertas aramid pertama di Tiongkok, dan pangsa pasar global produk kertas aramidnya saat ini menempati peringkat kedua di dunia, setelah DuPont dari Amerika Serikat.

3. Pasokan dan permintaan bahan inti sarang lebah aramid

Menurut perhitungan bahwa 100 kg kertas aramid dapat dibuat menjadi 3 meter kubik bahan inti sarang lebah, kapasitas produksi teoritis sarang lebah aramid di dunia dapat mencapai 2,04 juta meter kubik, dan kapasitas produksi teoritis sarang lebah aramid di pasar Cina dapat mencapai 240.000 meter kubik; kapasitas produksi efektif sesuai dengan Bahan inti sarang lebah aramid adalah sekitar 54.000 meter kubik.

Saat ini, produsen utama material inti sarang lebah aramid dalam negeri adalah AVIC Composite Materials. Produksi sarang lebah AVIC Composite Materials terutama didistribusikan di Beijing dan Nantong. Di antara keduanya, lini produksi sarang lebah berukuran besar di Nantong memiliki tingkat kecanggihan internasional dan tingkat otomatisasi yang tinggi; produk-produknya terutama ditujukan untuk bidang pesawat terbang sipil, dengan pelanggan perdagangan luar negeri seperti Airbus, Boeing, dan Yaqi sebagai produk utamanya.

Dalam beberapa tahun terakhir, negara saya terus meningkatkan dukungan kebijakan untuk bahan serat aramid dan kertas aramid. Terutama dalam beberapa tahun terakhir, perkembangan pesat kereta api berkecepatan tinggi, manufaktur pesawat terbang domestik, kapal induk, dan industri manufaktur peralatan lainnya di negara saya telah mendorong pengembangan kertas isolasi aramid dan bahan inti sarang lebah kertas aramid.

Dengan meningkatnya aplikasi kertas aramid, pasar kertas aramid diperkirakan memiliki prospek perkembangan yang baik. Menurut data publik pihak ketiga, konsumsi kertas aramid di Tiongkok telah meningkat dari 2.742 ton pada tahun 2017 menjadi 4.215 ton pada tahun 2021, dan konsumsi kertas aramid di Tiongkok diperkirakan akan mencapai 12.357 ton pada tahun 2028. Struktur sarang lebah merupakan struktur penahan beban terbaik di bidang kedirgantaraan, dan akan tetap ada dalam desain struktur pesawat terbang dan wahana antariksa untuk waktu yang lama.

Suiyin Capital akan terus memperhatikan penerapan dan pengembangan material baru di bidang industri pertahanan dan militer nasional serta manufaktur kelas atas, menemukan juara tersembunyi dan perusahaan terkemuka di pasar, menggunakan modal untuk membantu tujuan industri pertahanan dan militer nasional, berkontribusi pada pembangunan negara, dan menciptakan nilai bagi masyarakat.