Material compuesto militar de alto rendimiento: fibra de aramida

Las fibras de aramida ofrecen ventajas como alta resistencia, alto módulo, resistencia a altas temperaturas y ligereza. El papel de aramida y los materiales con núcleo de nido de abeja de aramida elaborados a partir de ellas tienen amplias posibilidades de aplicación. Son materiales clave indispensables en otros campos.

El nombre completo de la fibra de aramida es "fibra de poliamida aromática". Posee excelentes propiedades como ultraalta resistencia, 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. Las fibras de aramida no se utilizan directamente como productos finales, sino que deben transformarse en tejidos o materiales compuestos.

La categoría y el rendimiento de la fibra de aramida influyen considerablemente en el rendimiento del producto final. Las fibras de aramida se dividen en tres tipos: orto-aramida, para-aramida (aramida 1414, PPTA) y meta-aramida (aramida 1313, PMTA). Entre ellas, los productos industrializados incluyen principalmente meta-aramida y para-aramida. Existen dos tipos de aramida. El papel de aramida hecho de meta-aramida pura presenta alta resistencia, baja deformación, resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión química, retardancia a la llama y excelentes propiedades de aislamiento eléctrico, y se utiliza ampliamente en defensa nacional, aeroespacial, trenes de alta velocidad, aislamiento eléctrico y otros campos. La para-aramida tiene un mejor rendimiento general que la meta-aramida y se puede utilizar en la industria aeroespacial para carcasas de motores de cohetes sólidos para misiles y materiales estructurales secundarios para aeronaves grandes (como puertas de cabina, ventanas, etc., piezas relacionadas con las alas, etc.), chalecos antibalas, cascos antibalas, ropa resistente a puñaladas y cortes, ropa EOD, paracaídas de alta elasticidad, carrocerías de automóviles a prueba de balas, 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, este pasa por diversos procesos de producción, como la fabricación de papel y el prensado en caliente. Según el proceso de producción, se trata principalmente de productos como papel de aramida y material de núcleo de nido de abeja de aramida.

El papel de aramida es un nuevo material de alto rendimiento elaborado a partir de fibra de aramida de grado papelero mediante conformado en húmedo, acabado a alta temperatura y otros procesos. DuPont Company, de Estados Unidos, desarrolló con éxito el papel de aramida en la década de 1960. Gracias a sus excelentes propiedades, como su retardancia intrínseca al fuego, 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 electrónica y las comunicaciones.

El panal de aramida es una estructura biónica fabricada con papel de aramida mediante procesos complejos como encolado, laminación, prensado en caliente, recorte, estiramiento, conformado, inmersión y curado. Presenta las seis caras de una estructura natural en forma de panal. Es ligero, resistente, de alto módulo y con una gran estabilidad estructural, además de ofrecer aislamiento acústico y térmico, además de ser ignífugo. Se puede utilizar como material estructural ligero y de alta resistencia (principalmente como material de núcleo) en los sectores aeroespacial, ferroviario y de defensa nacional, entre otros. Este material se ha convertido en un importante material de reducción de peso en los sectores aeroespacial, ferroviario y de defensa nacional gracias a su excelente rendimiento. Además, combinado con preimpregnados, ocupa un lugar destacado en el campo de la absorción de ondas.

El material absorbente con estructura de panal, basado en un núcleo de panal, es un material estructuralmente importante. Este material se utiliza principalmente en el campo de la sigilo radar. Está compuesto por panal de aramida impregnado con un agente absorbente y un panel transmisor de ondas, con excelentes propiedades mecánicas y de absorción. Su capacidad de absorción depende principalmente del tamaño del panal y del sistema de adhesivo impregnado. Actualmente, este material puede ofrecer una alta absorción en la banda de frecuencia de 0 a 18 GHz.

1. Principales escenarios de aplicación del papel de aramida

Dependiendo de la aplicación funcional del producto, los campos de aplicación posteriores del producto incluyen principalmente aislamiento eléctrico (como material aislante) y material de núcleo de panal (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. Al mismo tiempo, con la electrificación ferroviaria en mi país 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 el material de núcleo de panal fabricado con papel de meta-aramida, las propiedades mecánicas integrales del material de núcleo de panal preparado con papel de para-aramida son significativamente mejores que las del material de núcleo de panal de meta-aramida, y su resistencia es cinco veces mayor que la del acero de la misma calidad. Sin embargo, 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 que requieren alta resistencia.

2. Principales escenarios de aplicación del material de núcleo de panal de aramida

Campo de la aviación: Después de que el material del núcleo de nido de abeja de papel de aramida se combina con el panel para formar una estructura sándwich, puede ser utilizado como una de las formas estructurales ideales y ha sido ampliamente utilizado en el campo de la aviación. Las principales piezas de aplicación incluyen flaps, alerones, borde de ataque de cola vertical, timón, canards, fuselaje, palas, radomo, paneles de pared, escotillas, pisos y otros componentes, así como grandes componentes rígidos y secundarios de soporte de tensión de la aeronave. Como material de núcleo de primera elección para la estructura sándwich de nido de abeja compuesta de aeronaves, puede reducir la calidad estructural de la aeronave y lograr el rendimiento de transmisión de ondas, reducción de ruido y aislamiento térmico de los componentes funcionales. Según las estadísticas, hay más de 280 paneles de nido de abeja Nomex de la aeronave nacional de nueve cilindros en línea, que cubren aproximadamente el 80% de toda la máquina; los paneles de nido de abeja del caza estadounidense F-111 representan más del 90% de toda el área de la forma; C919 en el avión. Se utiliza una gran cantidad de materiales de núcleo de panal en numerosas piezas para satisfacer las necesidades de reducción de peso. Se espera que la demanda de materiales de núcleo de panal de aramida en un solo vuelo supere los 10 millones de yuanes.

En el sector naval, la estructura tipo sándwich de panal no solo reduce el peso del buque vacío, mejora su maniobrabilidad y resistencia a impactos, sino que también mejora considerablemente su resistencia a la corrosión y su capacidad de sigilo. En los últimos años, las armadas de diversos países también han utilizado materiales tipo sándwich de panal en superestructuras como casetas de cubierta, mamparos y techos de aeronaves de buques de superficie, mejorando así el rendimiento integral de todos los aspectos de los buques. La lancha rápida de la Guardia Costera estadounidense utiliza una estructura tipo sándwich de Nomex para sustituir 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. El precio por metro cuadrado oscila entre 1500 y 2000 yuanes. Se sabe que los principales institutos de investigación del CSIC han comenzado a utilizar paneles tipo sándwich de aramida en proyectos de interiores de buques ligeros.

En el ámbito del transporte ferroviario, los materiales de aramida pueden reducir eficazmente el consumo energético y el ruido de los trenes de alta velocidad. Se han aplicado a paneles laterales, paneles de techo, asientos, mamparas, portaequipajes y paneles de claraboyas de vehículos ferroviarios de alta velocidad para reducir el peso del vehículo. Para aumentar la velocidad del tren, un vehículo a motor con una velocidad superior a 200 km/h necesita utilizar una gran cantidad de material de nido de abeja de aramida. La fábrica de autobuses de Changchun recomienda el uso de material de nido de abeja de aramida como material de estructura intermedia de trenes de alta velocidad para las unidades electromagnéticas CRH-5. La demanda anual de materiales de nido de abeja de aramida de 10-15 mm alcanza los 50.000 metros cuadrados. Debido a los requisitos de ligereza y comodidad, los nuevos modelos, como los vagones de piso, también adoptan la estructura de nido de abeja de aramida en el diseño de las piezas interiores.

Además, el material de núcleo de panal de papel de aramida también se puede utilizar en la fabricación de aspas de ventiladores, barcos, yates, botes de remos, tablas de snowboard, vehículos recreativos y otros productos.

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 la fibra de metaaramida, aproximadamente el 60 % se utiliza en el sector de la filtración industrial de gama baja en China, y solo el 10 % se utiliza en los sectores de aislamiento de alta gama y materiales de núcleo de nido de abeja. En cuanto a la fibra de paraaramida, el 40 % se utiliza para el refuerzo de fibras en China; el 20 % se utiliza para protección antibalas, cascos militares antibalas, guantes, etc.; el 20 % se utiliza para la industria del caucho automotriz; y el 20 % se utiliza para materiales compuestos.

2. Oferta y demanda de papel de aramida

Papel de aramida: Según las estadísticas, la capacidad de producción nominal global de papel de aramida es de aproximadamente 20.000 toneladas anuales, y la capacidad de producción efectiva es de aproximadamente 12.000 toneladas anuales. La demanda global de papel de aramida es de aproximadamente 10.000 toneladas anuales, y la principal cuota de mercado la ocupa DuPont. 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 de electrodomésticos. En cuanto al aislamiento, el consumo de materiales de estructura de nido de abeja y otros materiales compuestos representó solo el 9,24%.

Actualmente, el principal fabricante nacional de papel de aramida es Minshida. Minstar es el primer fabricante de papel de aramida en China, y su cuota de mercado global de productos de papel de aramida ocupa el segundo lugar a nivel mundial, solo superada por DuPont de Estados Unidos.

3. Oferta y demanda de material de núcleo de panal de aramida

Según el cálculo de que 100 kg de papel de aramida se pueden convertir en 3 metros cúbicos de material de núcleo de panal, la capacidad de producción teórica de panal de aramida en el mundo puede alcanzar los 2,04 millones de metros cúbicos, y la capacidad de producción teórica de panal de aramida en el mercado chino puede alcanzar los 240.000 metros cúbicos; la capacidad de producción efectiva corresponde a El material de núcleo de panal de aramida es de aproximadamente 54.000 metros cúbicos.

Actualmente, AVIC Composite Materials es el principal fabricante nacional de materiales de núcleo de nido de abeja de aramida. La producción de nido de abeja de AVIC Composite Materials se distribuye principalmente en Pekín y Nantong. Entre ellas, la línea de producción de nido de abeja de gran tamaño en Nantong cuenta con un nivel avanzado internacional y un alto grado de automatización. Sus productos se orientan principalmente al sector de la aviación civil, y sus principales clientes son Airbus, Boeing y Yaqi.

En los últimos años, mi país ha seguido incrementando el 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, la fabricación nacional de aeronaves, portaaviones y otros equipos ha impulsado el desarrollo del papel aislante de aramida y de los materiales con 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.

Suiyin Capital seguirá prestando atención a la aplicación y el desarrollo de nuevos materiales en el campo de la defensa nacional y la industria militar y la fabricación de alta gama, descubrirá campeones ocultos y empresas líderes en el mercado, utilizará el capital para ayudar a la causa de la defensa nacional y la industria militar, contribuirá al desarrollo del país y creará valor para la sociedad.