El papel de aramida es un nuevo material de alto rendimiento fabricado a partir de fibra de aramida de calidad de papel mediante formación húmeda, acabado a alta temperatura y otros procesos.
Con el aumento de las aplicaciones del papel de aramida, se prevé un buen desarrollo de su mercado. Según datos públicos de terceros, el consumo de papel de aramida en China aumentó de 2742 toneladas en 2017 a 4215 toneladas en 2021, y se prevé que alcance las 12 357 toneladas en 2028. La estructura de panal es la estructura de carga más resistente en el sector aeroespacial y se mantendrá vigente en el diseño estructural de aeronaves y naves espaciales durante mucho tiempo.
Descripción general del producto de papel de aramida
La fibra de aramida se denomina "fibra de poliamida aromática". Posee excelentes propiedades como resistencia ultraalta, alto módulo, resistencia a altas temperaturas, resistencia a ácidos y álcalis, y ligereza. DuPont la desarrolló y comercializó con éxito en Estados Unidos en la década de 1960. No se utiliza directamente como producto final. Debe transformarse en tejidos o materiales compuestos antes de su uso. La categoría y el rendimiento de la fibra de aramida influyen considerablemente en el rendimiento del producto final. La fibra de aramida se divide en tres tipos: ortoaramida, paraaramida (aramida 1414, PPTA) y metaaramida (aramida 1313, PMTA). Entre ellos, los productos industrializados son principalmente metaaramida y paraaramida. El papel de aramida, hecho de metaaramida pura, ofrece alta resistencia, baja deformación, resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión química, retardancia a la llama y excelentes propiedades de aislamiento eléctrico. Se utiliza ampliamente en defensa, aeroespacial, trenes de alta velocidad y aislamiento eléctrico. La paraaramida posee mejores propiedades integrales que la metaaramida. Se puede utilizar en la industria aeroespacial para fabricar carcasas sólidas de motores de cohetes para misiles y materiales estructurales secundarios para aeronaves de gran tamaño (como puertas de cabina, ventanas, piezas relacionadas con las alas, etc.), chalecos antibalas, cascos antibalas, ropa antipuñaladas y anticortes, ropa antibombas, paracaídas de alta elasticidad, carrocerías antibalas, placas de blindaje, etc., en la industria de defensa.
Desde la fibra de aramida hasta el material de núcleo de nido de abeja de aramida, se requieren una serie de procesos de producción, como la fabricación de papel y el prensado en caliente. Según el proceso y el flujo de producción, se trata principalmente de papel de aramida, materiales de núcleo de nido de abeja de aramida y otros productos. El papel de aramida es un nuevo material de alto rendimiento fabricado a partir de fibra de aramida de calidad para papel mediante conformado en húmedo, acabado a alta temperatura y otros procesos. DuPont desarrolló con éxito el papel de aramida en la década de 1960. Gracias a sus excelentes propiedades, como su resistencia inherente a la llama, aislamiento, resistencia a altas temperaturas y alta resistencia, se ha convertido gradualmente en un material clave indispensable para el desarrollo de importantes industrias y campos como la defensa nacional, la industria aeroespacial, la energía eléctrica, el transporte ferroviario, las nuevas energías y las comunicaciones electrónicas.
El panal de aramida es una estructura biónica hecha de papel de aramida mediante una serie de procesos complejos como encolado, laminado, prensado en caliente, recorte, estiramiento, conformado, inmersión y curado. Posee la estructura hexagonal de un panal natural. Es ligero, de alta resistencia, alto módulo, gran estabilidad estructural y ofrece ventajas como aislamiento acústico, aislamiento térmico y retardante de llama. Se puede utilizar como material estructural ligero y de alta resistencia (principalmente como material de núcleo) y se aplica en áreas clave como la aeroespacial, el transporte ferroviario y la defensa nacional. El material de núcleo de panal de aramida se ha convertido en un importante material de reducción de peso en los campos aeroespacial, ferroviario y otros, gracias a su excelente rendimiento. Al mismo tiempo, combinado con preimpregnados, ocupa un lugar destacado en el campo de la absorción de ondas.
Los absorbedores de estructura tipo sándwich de panal, basados en materiales de núcleo de panal, son importantes absorbentes estructurales. Se utilizan principalmente en el campo de la sigilo radar. Están compuestos por panales de aramida impregnados con absorbentes y paneles transmisores de ondas, y presentan excelentes propiedades mecánicas y de absorción. En cuanto a los absorbedores tipo sándwich de panal de aramida, sus propiedades de absorción dependen principalmente de las especificaciones y dimensiones de los propios panales y del sistema de impregnación adhesiva. Actualmente, los absorbedores tipo sándwich de panal de aramida pueden alcanzar una alta absorción en la banda de frecuencia de 0 a 18 GHz.
Principales escenarios de aplicación
1. Los principales escenarios de aplicación del papel de aramida varían según sus aplicaciones funcionales. Sus aplicaciones posteriores incluyen principalmente el aislamiento eléctrico (como material aislante) y los materiales de núcleo de nido de abeja (como material de reducción de peso estructural).
Los productos de la serie de papel de metaaramida se utilizan principalmente en el campo del aislamiento eléctrico, y una pequeña cantidad se utiliza en materiales de núcleo de nido de abeja. Actualmente, el papel de aramida se utiliza más en transformadores en mi país. Simultáneamente, con la electrificación ferroviaria y la construcción a gran escala de metros urbanos y trenes ligeros, se han impuesto mayores requisitos para los equipos relacionados con los trenes de alta velocidad, incluidos los transformadores de tracción de alta potencia.
Los productos de la serie de papel para-aramida se utilizan principalmente en materiales de núcleo de panal. En comparación con los materiales de núcleo de panal hechos de papel de meta-aramida, las propiedades mecánicas integrales de los materiales de papel para-aramida son significativamente mejores que las de los materiales de núcleo de panal hechos de papel de meta-aramida. Su resistencia es cinco veces mayor que la del acero de la misma calidad, pero su densidad es solo una quinta parte de la del acero. Sin embargo, debido a su alto costo, se utiliza generalmente en materiales de núcleo de panal con requisitos de resistencia más altos.
2. Principales escenarios de aplicación de los materiales de núcleo de panal de aramida
Campo de la aviación: Tras combinar los materiales de núcleo de nido de abeja de papel de aramida con paneles para formar una estructura sándwich, se convierten en una de las formas estructurales ideales y se emplean ampliamente en el sector aeronáutico. Sus principales aplicaciones incluyen flaps, alerones, bordes de ataque de cola verticales, timones, canards, fuselajes, palas, radomos, paneles de pared, puertas, suelos y otras piezas, así como componentes de gran rigidez y soporte de carga secundaria de aeronaves. Como material de núcleo preferido para estructuras sándwich de nido de abeja compuestas para aeronaves, permite reducir la masa estructural de la aeronave y lograr la transmisión de ondas, la reducción de ruido y el aislamiento térmico de los componentes funcionales. Según las estadísticas, el avión Z-9 de fabricación nacional cuenta con más de 280 paneles de nido de abeja Nomex, que cubren aproximadamente el 80% de su superficie. Los paneles de nido de abeja del caza estadounidense F-111 representan más del 90% de su superficie exterior. El C919 utiliza una gran cantidad de materiales de núcleo de nido de abeja en diversas partes de la aeronave para satisfacer la necesidad de reducción de peso. Se espera que la demanda de materiales de núcleo de panal de aramida para un solo vuelo sea más de 10 millones de yuanes.
Campo de barco: Las estructuras sándwich de panal no solo reducen el peso de los buques vacíos, mejoran su maniobrabilidad y resistencia a impactos, sino que también mejoran considerablemente su resistencia a la corrosión y su capacidad de sigilo. En los últimos años, las armadas de diversos países también han utilizado materiales sándwich de panal en superestructuras como casetas de cubierta, mamparos y techos de aeronaves de buques de superficie, mejorando así su rendimiento integral. El cúter de la Guardia Costera estadounidense utiliza una estructura de panal de Nomex en sustitución de los paneles de amianto, lo que no solo reduce su peso en más de 9 toneladas, sino que también elimina los posibles riesgos del amianto. La decoración interior del portaaviones Liaoning utiliza más de 100.000 metros cuadrados de láminas de aramida, con un precio de entre 1.500 y 2.000 yuanes por metro cuadrado. Se sabe que importantes institutos de investigación de la Corporación de la Industria de Construcción Naval de China han comenzado a utilizar láminas de panal de aramida en proyectos de decoración interior de buques ligeros.
Campo del tránsito ferroviario: Los materiales de aramida pueden reducir eficazmente el consumo energético y el ruido de los trenes de alta velocidad. Se han utilizado en paneles laterales, paneles de techo, asientos, mamparas, portaequipajes y paneles de claraboyas de vehículos ferroviarios de alta velocidad para reducir el peso del vehículo y aumentar la velocidad del tren. Las unidades electromagnéticas (EMU) con velocidades superiores a 200 kilómetros por hora requieren una gran cantidad de materiales de nido de abeja de aramida. La fábrica de vagones de pasajeros CRH-5 de Changchun recomienda el uso de materiales de nido de abeja de aramida como materiales de estructura sándwich para trenes de alta velocidad, con una demanda anual de materiales de nido de abeja de aramida de 10-15 mm en 50.000 metros cuadrados. Además, los nuevos modelos, como las EMU estándar, los coches cama y los coches de piso bajo de nueva energía, también utilizan estructuras de nido de abeja de aramida en el diseño interior para satisfacer las necesidades de ligereza y comodidad.
Además, los materiales de núcleo de panal de papel de aramida también se pueden utilizar en la fabricación de palas de turbinas eólicas, barcos y yates, barcos de carreras, esquís, vehículos recreativos y otros productos.
Oferta y demanda de la industria
1. Oferta y demanda de fibra de aramida
Actualmente, la capacidad de producción mundial de fibra de aramida es de aproximadamente 140.000 a 150.000 toneladas, de las cuales más de 50.000 toneladas son fibras de metaaramida y entre 90.000 y 100.000 toneladas son fibras de paraaramida. En cuanto a las fibras de metaaramida, aproximadamente el 60 % se utiliza en campos de filtración industrial de gama baja en China, y solo un 10 % se utiliza en materiales de aislamiento y núcleo de panal de alta gama. En cuanto a la fibra de paraaramida, el 40 % se utiliza para el refuerzo de fibra óptica en China. El 20 % se utiliza para protección antibalas, cascos militares antibalas, guantes, etc.; el 20 % se utiliza en la industria del caucho para automoción; y el 20 % restante se utiliza en materiales compuestos.
2. Oferta y demanda de papel de aramida
Papel de aramida: Según las estadísticas, la capacidad de producción nominal mundial de papel de aramida es de aproximadamente 20.000 toneladas anuales, y la capacidad de producción efectiva, de aproximadamente 12.000 toneladas anuales. La demanda mundial de papel de aramida es de aproximadamente 10.000 toneladas anuales, y DuPont ocupa la mayor cuota de mercado. Según datos recopilados por el CITIC Securities Research Institute, el papel de aramida a nivel mundial se utiliza principalmente para aislamiento eléctrico y materiales de núcleo de nido de abeja, representando el 64% y el 34% respectivamente. Si analizamos la estructura de consumo global, el 90,76% de la demanda de papel de aramida de mi país en 2020 provino del aislamiento eléctrico, mientras que el consumo de materiales estructurales de nido de abeja y otros materiales compuestos representó tan solo el 9,24%.
Actualmente, el principal fabricante nacional de papel de aramida es Minshida, el primer fabricante de papel de aramida en China. Su cuota de mercado mundial de productos de papel de aramida ocupa el segundo lugar, solo superada por la de DuPont en Estados Unidos.
3. Oferta y demanda de materiales de núcleo de panal de aramida
Según el cálculo de que una pieza de 100 kg de papel de aramida se puede convertir en 3 metros cúbicos de materiales de núcleo de panal, la capacidad de producción teórica de panales de aramida en el mundo puede alcanzar los 2,04 millones de metros cúbicos, y la capacidad de producción teórica de panales de aramida en el mercado chino puede alcanzar los 240.000 metros cúbicos. Los materiales de núcleo de panal de aramida correspondientes a la capacidad de producción efectiva son de aproximadamente 54.000 metros cúbicos.
Actualmente, el principal fabricante nacional de materiales de núcleo de nido de abeja de aramida es AVIC Composites. Su producción de nido de abeja se distribuye principalmente en Pekín y Nantong. Entre ellas, la línea de producción de nido de abeja de gran tamaño de Nantong cuenta con un nivel de avanzada internacional y un alto grado de automatización. Sus productos se destinan principalmente al sector de la aviación civil y a clientes extranjeros como Airbus, Boeing y Yaqi.
En los últimos años, mi país ha seguido incrementando su apoyo político a los materiales de fibra de aramida y al papel de aramida. En particular, el rápido desarrollo de las industrias de trenes de alta velocidad, fabricación de aeronaves, portaaviones y otros equipos en mi país ha impulsado el desarrollo del papel aislante de aramida y de los materiales de núcleo de nido de abeja de papel de aramida.
Con el aumento de las aplicaciones del papel de aramida, se prevé un buen desarrollo de su mercado. Según datos públicos de terceros, el consumo de papel de aramida en China aumentó de 2742 toneladas en 2017 a 4215 toneladas en 2021, y se prevé que alcance las 12 357 toneladas en 2028. La estructura de panal es la estructura de carga más resistente en el sector aeroespacial y se mantendrá vigente en el diseño estructural de aeronaves y naves espaciales durante mucho tiempo.
