กระดาษอะรามิดกลายเป็นแรงขับเคลื่อนหลักในการพัฒนาอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ

ด้วยการเติบโตของสาขาการประยุกต์ใช้กระดาษอะรามิด คาดว่าตลาดกระดาษอะรามิดจะมีโอกาสพัฒนาที่ดี ข้อมูลสาธารณะจากภายนอกระบุว่า ปริมาณการใช้กระดาษอะรามิดของจีนเพิ่มขึ้นจาก 2,742 ตันในปี 2560 เป็น 4,215 ตันในปี 2564 และคาดว่าปริมาณการใช้กระดาษอะรามิดของจีนจะสูงถึง 12,357 ตันในปี 2571 โครงสร้างรังผึ้งเป็นโครงสร้างรับน้ำหนักที่ดีที่สุดในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ และจะยังคงเป็นโครงสร้างหลักในการออกแบบโครงสร้างของเครื่องบินและยานอวกาศต่อไปอีกนาน

เส้นใยอะรามิดถูกเรียกว่า "เส้นใยโพลีเอไมด์อะโรมาติก" มีคุณสมบัติที่ดีเยี่ยม เช่น มีความแข็งแรงสูงมาก โมดูลัสสูง ทนต่ออุณหภูมิสูง ทนกรดและด่าง และมีน้ำหนักเบา เส้นใยอะรามิดได้รับการพัฒนาและวางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์โดยบริษัทดูปองท์ในสหรัฐอเมริกาในช่วงทศวรรษ 1960 เส้นใยอะรามิดจะไม่ถูกนำไปใช้โดยตรงเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย อย่างน้อยที่สุดต้องนำไปผลิตเป็นผ้าหรือวัสดุผสมที่เกี่ยวข้องก่อนจึงจะนำไปใช้ได้ ประเภทและประสิทธิภาพของเส้นใยอะรามิดมีผลกระทบค่อนข้างมากต่อประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย เส้นใยอะรามิดสามารถแบ่งออกได้เป็นสามประเภท ได้แก่ ออร์โธ-อะรามิด พารา-อะรามิด (อะรามิด 1414, PPTA) และเมตา-อะรามิด (อะรามิด 1313, PMTA) โดยผลิตภัณฑ์ทางอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ได้แก่ เมตา-อะรามิด และพารา-อะรามิด กระดาษอะรามิดที่ทำจากเมตาอะรามิดบริสุทธิ์ มีความแข็งแรงสูง เสียรูปน้อย ทนต่ออุณหภูมิสูง ทนต่อการกัดกร่อนของสารเคมี ทนไฟ และมีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม จึงนิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในการป้องกันประเทศ การบินและอวกาศ รถไฟความเร็วสูง และฉนวนไฟฟ้า พาราอะรามิดมีคุณสมบัติครอบคลุมมากกว่าเมตาอะรามิด สามารถนำไปใช้ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศเพื่อผลิตเปลือกหุ้มเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงแข็งสำหรับขีปนาวุธ และวัสดุโครงสร้างรองสำหรับเครื่องบินขนาดใหญ่ (เช่น ประตูห้องโดยสาร หน้าต่าง ชิ้นส่วนปีก ฯลฯ) เสื้อเกราะกันกระสุน หมวกกันกระสุน เสื้อผ้ากันแทงและกันบาด เสื้อผ้าสำหรับเก็บกู้ระเบิด ร่มชูชีพที่มีความยืดหยุ่นสูง ตัวถังรถกันกระสุน แผ่นเกราะ ฯลฯ ในอุตสาหกรรมการป้องกันประเทศ

ตั้งแต่เส้นใยอะรามิดไปจนถึงวัสดุแกนรังผึ้งอะรามิด กระบวนการผลิตต่างๆ ล้วนจำเป็น เช่น การผลิตกระดาษและการรีดร้อน โดยกระบวนการและขั้นตอนการผลิตนั้น ส่วนใหญ่จะเกี่ยวข้องกับกระดาษอะรามิด วัสดุแกนรังผึ้งอะรามิด และผลิตภัณฑ์อื่นๆ กระดาษอะรามิดเป็นวัสดุใหม่ประสิทธิภาพสูงที่ผลิตจากเส้นใยอะรามิดเกรดกระดาษ ผ่านกระบวนการขึ้นรูปเปียก การตกแต่งผิวด้วยอุณหภูมิสูง และกระบวนการอื่นๆ ดูปองท์ประสบความสำเร็จในการพัฒนากระดาษอะรามิดในช่วงทศวรรษ 1960 ด้วยคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยม เช่น ทนไฟ ฉนวน ทนอุณหภูมิสูง และความแข็งแรงสูง กระดาษอะรามิดจึงค่อยๆ กลายเป็นวัสดุสำคัญที่ขาดไม่ได้สำหรับการพัฒนาอุตสาหกรรมและสาขาสำคัญๆ เช่น การป้องกันประเทศ การบินและอวกาศ พลังงานไฟฟ้า การขนส่งทางรถไฟ พลังงานใหม่ และการสื่อสารอิเล็กทรอนิกส์

รังผึ้งอะรามิดเป็นโครงสร้างแบบไบโอนิกที่ทำจากกระดาษอะรามิดผ่านกระบวนการที่ซับซ้อนหลายขั้นตอน เช่น การติดกาว การเคลือบ การรีดร้อน การตัดแต่ง การยืด การขึ้นรูป การจุ่ม และการบ่ม รังผึ้งมีโครงสร้างหกเหลี่ยมเหมือนรังผึ้งธรรมชาติ มีน้ำหนักเบา ความแข็งแรงสูง โมดูลัสสูง เสถียรภาพทางโครงสร้างที่แข็งแกร่ง และมีข้อดีคือเป็นฉนวนกันเสียง ฉนวนกันความร้อน และคุณสมบัติหน่วงไฟ สามารถใช้เป็นวัสดุโครงสร้างน้ำหนักเบาและความแข็งแรงสูง (ส่วนใหญ่เป็นวัสดุแกนกลาง) และนำไปใช้ในด้านสำคัญๆ เช่น การบินและอวกาศ การขนส่งทางรถไฟ และการป้องกันประเทศ วัสดุแกนรังผึ้งอะรามิดได้กลายเป็นวัสดุลดน้ำหนักที่สำคัญในด้านการบินและอวกาศ การขนส่งทางรถไฟ และสาขาอื่นๆ เนื่องจากประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม ในขณะเดียวกัน เมื่อใช้ร่วมกับพรีเพร็ก รังผึ้งยังมีบทบาทสำคัญในด้านการดูดซับคลื่น

ตัวดูดซับโครงสร้างรังผึ้งแบบแซนด์วิชที่ทำจากวัสดุแกนรังผึ้งเป็นวัสดุดูดซับโครงสร้างที่สำคัญ ตัวดูดซับแบบแซนด์วิชรังผึ้งส่วนใหญ่ใช้ในด้านเรดาร์สเตลท์ ประกอบด้วยรังผึ้งอะรามิดชุบด้วยตัวดูดซับและแผงส่งคลื่น มีคุณสมบัติเชิงกลและคุณสมบัติการดูดซับที่ดีเยี่ยม สำหรับตัวดูดซับแบบแซนด์วิชรังผึ้งอะรามิด คุณสมบัติการดูดซับของตัวดูดซับขึ้นอยู่กับข้อมูลจำเพาะและขนาดของรังผึ้งและระบบกาวชุบเป็นหลัก ปัจจุบันตัวดูดซับแบบแซนด์วิชรังผึ้งอะรามิดสามารถสร้างการดูดซับที่แข็งแกร่งในย่านความถี่ 0-18 GHz

ผลิตภัณฑ์กระดาษเมตา-อะรามิดส่วนใหญ่ใช้ในด้านฉนวนไฟฟ้า และมีการใช้กระดาษอะรามิดในปริมาณเล็กน้อยในด้านวัสดุแกนรังผึ้ง ปัจจุบัน ในประเทศของผมมีการใช้กระดาษอะรามิดมากขึ้นในด้านหม้อแปลงไฟฟ้า ในขณะเดียวกัน การพัฒนาระบบรถไฟในประเทศของผม รวมถึงการก่อสร้างรถไฟใต้ดินและรถไฟฟ้ารางเบาขนาดใหญ่ ทำให้มีความต้องการอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องกับรถไฟความเร็วสูงสูงขึ้น รวมถึงหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังสูง

ผลิตภัณฑ์กระดาษพาราอะรามิดส่วนใหญ่ใช้ในอุตสาหกรรมวัสดุแกนรังผึ้ง เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุแกนรังผึ้งที่ทำจากกระดาษเมตาอะรามิด สมบัติเชิงกลโดยรวมของวัสดุแกนรังผึ้งที่ทำจากกระดาษพาราอะรามิดนั้นดีขึ้นอย่างมากเมื่อเทียบกับวัสดุแกนรังผึ้งที่ทำจากกระดาษเมตาอะรามิด ความแข็งแรงของกระดาษพาราอะรามิดสูงกว่าเหล็กคุณภาพเดียวกันถึง 5 เท่า แต่มีความหนาแน่นเพียงหนึ่งในห้าของเหล็ก อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมีราคาสูง จึงมักถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมวัสดุแกนรังผึ้งที่ต้องการความแข็งแรงสูงกว่า

2. สถานการณ์การใช้งานหลักของวัสดุแกนรังผึ้งอะรามิด
สาขาการบิน: หลังจากนำวัสดุแกนรังผึ้งกระดาษอะรามิดมาประกอบเข้ากับแผงเพื่อสร้างโครงสร้างแบบแซนด์วิชแล้ว วัสดุเหล่านี้สามารถนำไปใช้เป็นรูปแบบโครงสร้างที่เหมาะสมที่สุดและแพร่หลายในวงการการบิน ส่วนประกอบหลักที่ใช้ประกอบด้วยแผ่นปิดปีก (flap), ปีกหาง (aileron), ขอบหางแนวตั้ง (vertical leading edge), หางเสือ (rudders), คานาร์ด (canards), ลำตัวเครื่องบิน (fuselage), ใบพัด (blade), เรโดม (radome), เรโดม (radome), แผงผนัง (wall panel), ประตู (door), พื้น (floor), และส่วนประกอบอื่นๆ รวมถึงชิ้นส่วนที่มีความแข็งแรงทนทานสูง (high strength and secondary bearing parts) ของเครื่องบิน วัสดุแกนรังผึ้งคอมโพสิตแบบแซนด์วิชของเครื่องบิน (aircraft composite honeycomb) สามารถลดมวลโครงสร้างของเครื่องบิน เพิ่มประสิทธิภาพในการส่งผ่านคลื่น ลดเสียงรบกวน และประสิทธิภาพในการกันความร้อนของส่วนประกอบต่างๆ สถิติระบุว่าเครื่องบิน Z-9 ในประเทศใช้แผงรังผึ้ง Nomex มากกว่า 280 แผง ซึ่งครอบคลุมพื้นที่ประมาณ 80% ของเครื่องบินทั้งหมด ส่วนแผงรังผึ้งของเครื่องบินขับไล่ F-111 ของสหรัฐฯ คิดเป็นพื้นที่ภายนอกมากกว่า 90% C919 ใช้วัสดุแกนรังผึ้งจำนวนมากในหลายส่วนของเครื่องบินเพื่อตอบสนองความต้องการในการลดน้ำหนัก คาดว่าความต้องการวัสดุแกนรังผึ้งอะรามิดสำหรับเที่ยวบินเดียวจะสูงกว่า 10 ล้านหยวน

สนามเรือ: โครงสร้างรังผึ้งแบบแซนด์วิชไม่เพียงแต่ช่วยลดน้ำหนักของเรือเปล่า ปรับปรุงความคล่องตัวและทนต่อแรงกระแทกของเรือเท่านั้น แต่ยังช่วยเพิ่มความทนทานต่อการกัดกร่อนและความสามารถในการพรางตัวของเรือได้อย่างมาก ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา กองทัพเรือในหลายประเทศได้นำวัสดุรังผึ้งแบบแซนด์วิชมาใช้ในโครงสร้างส่วนบน เช่น ดาดฟ้าเรือ กำแพงกันคลื่น และเพดานเครื่องบินของเรือผิวน้ำ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของเรือในทุกด้าน เรือตัดของหน่วยยามฝั่งสหรัฐฯ ใช้โครงสร้างรังผึ้ง Nomex แทนแผ่นใยหิน ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยลดน้ำหนักของเรือตัดได้มากกว่า 9 ตัน แต่ยังช่วยลดอันตรายที่อาจเกิดขึ้นจากใยหินได้อีกด้วย การตกแต่งภายในเรือบรรทุกเครื่องบินเหลียวหนิงใช้แผ่นอะรามิดมากกว่า 100,000 ตารางเมตร มีราคา 1,500-2,000 หยวนต่อตารางเมตร เป็นที่เข้าใจกันว่าสถาบันวิจัยชั้นนำของบริษัทอุตสาหกรรมการต่อเรือแห่งประเทศจีน (China Shipbuilding Industry Corporation) ได้เริ่มนำแผ่นอะรามิดแบบแซนด์วิชมาใช้ในโครงการตกแต่งภายในเรือน้ำหนักเบา

สาขาการขนส่งทางราง: วัสดุอะรามิดสามารถลดการใช้พลังงานและเสียงรบกวนของรถไฟความเร็วสูงได้อย่างมีประสิทธิภาพ วัสดุเหล่านี้ถูกนำมาใช้ในแผงด้านข้าง แผงหลังคา ที่นั่ง แผงกั้น ชั้นวางสัมภาระ และแผงสกายไลท์ของรถไฟความเร็วสูง เพื่อลดน้ำหนักตัวรถและเพิ่มความเร็วของรถไฟ รถไฟความเร็วสูง (EMU) ที่มีความเร็วสูงกว่า 200 กิโลเมตรต่อชั่วโมงจำเป็นต้องใช้วัสดุรังผึ้งกระดาษอะรามิดจำนวนมาก โรงงานผลิตรถยนต์โดยสารฉางชุน CRH-5 EMU แนะนำให้ใช้วัสดุรังผึ้งอะรามิดเป็นวัสดุโครงสร้างแบบแซนด์วิชสำหรับรถไฟความเร็วสูง โดยมีความต้องการวัสดุรังผึ้งอะรามิดขนาด 10-15 มิลลิเมตรต่อปี ต่อพื้นที่ 50,000 ตารางเมตร นอกจากนี้ รถไฟรุ่นใหม่ๆ เช่น EMU มาตรฐาน รถนอน และรถพื้นต่ำพลังงานใหม่ ก็ใช้โครงสร้างรังผึ้งอะรามิดในการออกแบบตกแต่งภายใน เพื่อตอบสนองความต้องการด้านน้ำหนักเบาและความสะดวกสบาย

นอกจากนี้ วัสดุแกนรังผึ้งกระดาษอะรามิดยังสามารถนำไปใช้ในการผลิตใบพัดกังหันลม เรือและเรือยอทช์ เรือแข่ง สกี รถบ้าน และผลิตภัณฑ์อื่นๆ ได้อีกด้วย

ปัจจุบัน กำลังการผลิตเส้นใยอะรามิดทั่วโลกอยู่ที่ประมาณ 140,000-150,000 ตัน โดยเส้นใยเมตาอะรามิดมากกว่า 50,000 ตัน และเส้นใยพาราอะรามิด 90,000-100,000 ตัน เส้นใยเมตาอะรามิดประมาณ 60% ถูกใช้ในอุตสาหกรรมกรองระดับล่างในประเทศจีน และมีเพียงประมาณ 10% เท่านั้นที่ใช้ในการผลิตฉนวนคุณภาพสูงและวัสดุแกนรังผึ้ง ส่วนเส้นใยพาราอะรามิด 40% ถูกใช้สำหรับการเสริมแรงใยแก้วนำแสงในประเทศจีน 20% ใช้สำหรับการป้องกันกระสุน หมวกกันกระสุนทางทหาร ถุงมือ ฯลฯ 20% ใช้ในอุตสาหกรรมยางรถยนต์ และ 20% ใช้ในวัสดุคอมโพสิต

กระดาษอะรามิด: จากสถิติ กำลังการผลิตกระดาษอะรามิดทั่วโลกอยู่ที่ประมาณ 20,000 ตันต่อปี และกำลังการผลิตที่มีประสิทธิภาพอยู่ที่ประมาณ 12,000 ตันต่อปี ความต้องการกระดาษอะรามิดทั่วโลกอยู่ที่ประมาณ 10,000 ตันต่อปี โดย DuPont ครองส่วนแบ่งตลาดหลัก ข้อมูลจากสถาบันวิจัยหลักทรัพย์ CITIC ระบุว่ากระดาษอะรามิดส่วนใหญ่ของโลกถูกใช้เป็นฉนวนไฟฟ้าและวัสดุแกนรังผึ้ง คิดเป็น 64% และ 34% ตามลำดับ เมื่อพิจารณาโครงสร้างการบริโภคทั่วโลก พบว่าความต้องการกระดาษอะรามิดของประเทศในปี 2020 คิดเป็น 90.76% ของความต้องการกระดาษอะรามิดในประเทศของผมมาจากฉนวนไฟฟ้า ในขณะที่การบริโภควัสดุโครงสร้างรังผึ้งและวัสดุคอมโพสิตอื่นๆ คิดเป็นเพียง 9.24%

ปัจจุบัน Minshida ผู้ผลิตกระดาษอะรามิดรายใหญ่ที่สุดในประเทศคือบริษัท Minshida ซึ่งเป็นผู้ผลิตกระดาษอะรามิดรายแรกในประเทศจีน ปัจจุบัน Minshida มีส่วนแบ่งตลาดกระดาษอะรามิดทั่วโลกเป็นอันดับสอง รองจากบริษัท DuPont ในสหรัฐอเมริกา

จากการคำนวณพบว่ากระดาษอะรามิด 100 กิโลกรัม สามารถผลิตวัสดุแกนรังผึ้งได้ 3 ลูกบาศก์เมตร กำลังการผลิตแกนรังผึ้งอะรามิดตามทฤษฎีทั่วโลกสามารถสูงถึง 2.04 ล้านลูกบาศก์เมตร และกำลังการผลิตแกนรังผึ้งอะรามิดตามทฤษฎีในตลาดจีนสามารถสูงถึง 240,000 ลูกบาศก์เมตร วัสดุแกนรังผึ้งอะรามิดที่สอดคล้องกับกำลังการผลิตที่มีประสิทธิภาพอยู่ที่ประมาณ 54,000 ลูกบาศก์เมตร

ปัจจุบัน AVIC Composites ผู้ผลิตวัสดุแกนรังผึ้งอะรามิดรายใหญ่ในประเทศ การผลิตรังผึ้งของ AVIC Composites ส่วนใหญ่กระจายอยู่ในกรุงปักกิ่งและหนานทง หนึ่งในนั้น สายการผลิตรังผึ้งขนาดใหญ่ของหนานทงมีความก้าวหน้าในระดับสากลและมีระบบอัตโนมัติขั้นสูง ผลิตภัณฑ์ของบริษัทส่วนใหญ่ผลิตขึ้นสำหรับอุตสาหกรรมเครื่องบินพลเรือน และส่วนใหญ่ผลิตให้กับลูกค้าต่างประเทศ เช่น แอร์บัส โบอิ้ง และยาฉี

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ประเทศของผมยังคงเพิ่มการสนับสนุนนโยบายเกี่ยวกับวัสดุเส้นใยอะรามิดและกระดาษอะรามิดอย่างต่อเนื่อง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมรถไฟความเร็วสูง การผลิตเครื่องบินภายในประเทศ เรือบรรทุกเครื่องบิน และการผลิตอุปกรณ์อื่นๆ ของประเทศในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ได้ผลักดันการพัฒนากระดาษฉนวนอะรามิดและวัสดุแกนรังผึ้งกระดาษอะรามิด

ด้วยการเติบโตของสาขาการประยุกต์ใช้กระดาษอะรามิด คาดว่าตลาดกระดาษอะรามิดจะมีโอกาสพัฒนาที่ดี ข้อมูลสาธารณะจากหน่วยงานภายนอกระบุว่า ปริมาณการใช้กระดาษอะรามิดของจีนเพิ่มขึ้นจาก 2,742 ตันในปี 2560 เป็น 4,215 ตันในปี 2564 และคาดว่าจะเพิ่มขึ้นเป็น 12,357 ตันในปี 2571 โครงสร้างรังผึ้งเป็นโครงสร้างรับน้ำหนักที่ดีที่สุดในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ และจะยังคงเป็นโครงสร้างในการออกแบบโครงสร้างของเครื่องบินและยานอวกาศต่อไปอีกนาน