ورق الأراميد هو مادة جديدة عالية الأداء مصنوعة من ألياف الأراميد المستخدمة في صناعة الورق من خلال التشكيل الرطب والتشطيب بدرجة حرارة عالية وعمليات أخرى.
مع تزايد استخدامات ورق الأراميد، من المتوقع أن يشهد سوقه آفاقًا واعدة للتطور. ووفقًا لبيانات عامة من جهات خارجية، ارتفع استهلاك ورق الأراميد في الصين من 2742 طنًا في عام 2017 إلى 4215 طنًا في عام 2021، ومن المتوقع أن يصل استهلاك ورق الأراميد في بلدي إلى 12357 طنًا في عام 2028. يُعد هيكل قرص العسل أفضل هيكل يتحمل الأحمال في مجال الفضاء، وسيظل جزءًا لا يتجزأ من التصميم الهيكلي للطائرات والمركبات الفضائية لفترة طويلة.
نظرة عامة على منتجات ورق الأراميد
تُسمى ألياف الأراميد "ألياف البولي أميد العطرية". تتميز بخصائص ممتازة كالقوة الفائقة، ومعامل المرونة العالي، ومقاومة درجات الحرارة العالية، ومقاومة الأحماض والقلويات، وخفة الوزن. طورت شركة دوبونت ألياف الأراميد وسوّقتها تجاريًا بنجاح في الولايات المتحدة في ستينيات القرن الماضي. لا تُستخدم ألياف الأراميد مباشرةً كمنتج نهائي، بل يجب تحويلها إلى أقمشة أو مواد مركبة مماثلة قبل استخدامها. يؤثر تصنيف ألياف الأراميد وأدائها بشكل كبير على أداء المنتج النهائي. يمكن تقسيم ألياف الأراميد إلى ثلاثة أنواع: أراميد أورثو، وبارا أراميد (أراميد 1414، PPTA)، وميتا أراميد (أراميد 1313، PMTA). ومن بين هذه الأنواع، تُصنع بشكل رئيسي من ميتا أراميد وبارا أراميد. يتميز ورق الأراميد المصنوع من الميتا أراميد النقي بقوة عالية، وتشوه منخفض، ومقاومة عالية لدرجات الحرارة، ومقاومة للتآكل الكيميائي، ومقاومة للحريق، وخصائص عزل كهربائي ممتازة، ويُستخدم على نطاق واسع في الصناعات الدفاعية، والفضائية، والقطارات عالية السرعة، والعزل الكهربائي. يتميز البارا أراميد بخصائص شاملة أفضل من الميتا أراميد. ويمكن استخدامه في صناعة الطيران لتصنيع هياكل محركات الصواريخ الصلبة، والمواد الهيكلية الثانوية للطائرات الكبيرة (مثل أبواب ونوافذ الكابينة، وأجزاء الأجنحة، وغيرها)، والسترات الواقية من الرصاص، والخوذات الواقية من الرصاص، والملابس الواقية من الطعن والجروح، وملابس التخلص من القنابل، والمظلات عالية المرونة، وهياكل السيارات الواقية من الرصاص، والصفائح المدرعة، وغيرها في الصناعات الدفاعية.
من ألياف الأراميد إلى مادة نواة قرص العسل من الأراميد، تتطلب عملية الإنتاج سلسلة من عمليات مثل صناعة الورق والضغط الساخن. ووفقًا لسير العملية والإنتاج، يشمل ذلك بشكل رئيسي ورق الأراميد ومواد نواة قرص العسل من الأراميد ومنتجات أخرى. يُعد ورق الأراميد مادة جديدة عالية الأداء مصنوعة من ألياف الأراميد الورقية من خلال التشكيل الرطب والتشطيب في درجات حرارة عالية وعمليات أخرى. نجحت شركة دوبونت في تطوير ورق الأراميد في ستينيات القرن الماضي. وبفضل خصائصه الممتازة، مثل مقاومة اللهب الطبيعية والعزل ومقاومة درجات الحرارة العالية والمتانة العالية، أصبح تدريجيًا مادة أساسية لا غنى عنها لتطوير صناعات ومجالات مهمة مثل الدفاع الوطني والفضاء والطاقة الكهربائية والنقل بالسكك الحديدية والطاقة الجديدة والاتصالات الإلكترونية.
قرص العسل الأراميدي هو بنية حيوية مصنوعة من ورق الأراميد من خلال سلسلة من العمليات المعقدة، مثل اللصق، والتصفيح، والضغط الساخن، والتشذيب، والشد، والتشكيل، والغمس، والمعالجة. يتميز ببنية سداسية تشبه قرص العسل الطبيعي. يتميز بخفة وزنه، ومتانته العالية، ومعامل مرونة عالي، وثبات هيكلي قوي، ومزايا عزل الصوت والحرارة ومقاومة اللهب. يمكن استخدامه كمادة هيكلية خفيفة الوزن وعالية المتانة (بشكل أساسي كمادة أساسية)، ويُستخدم في مجالات رئيسية مثل الفضاء، والنقل بالسكك الحديدية، والدفاع الوطني. بفضل أدائه الممتاز، أصبح قرص العسل الأراميدي مادةً مهمةً لتخفيف الوزن في مجالات الفضاء، والنقل بالسكك الحديدية، وغيرها. وفي الوقت نفسه، عند دمجه مع مادة البري بريج، يحتل مكانةً مهمةً في مجال امتصاص الأمواج.
تُعدّ ممتصات هيكل قرص العسل المصنوعة من مواد نواة قرص العسل من الممتصات الهيكلية المهمة. تُستخدم هذه الممتصات بشكل رئيسي في مجال التخفي الراداري. وهي تتكون من أقراص عسل من الأراميد مُشبّعة بممتصات وألواح ناقلة للموجات، وتتميز بخصائص ميكانيكية وامتصاصية ممتازة. أما بالنسبة لممتصات قرص العسل من الأراميد، فتعتمد خصائصها الامتصاصية بشكل رئيسي على مواصفات وأبعاد أقراص العسل نفسها ونظام التشريب اللاصق. حاليًا، تتميز هذه الممتصات بقدرتها على تحقيق امتصاص قوي في نطاق التردد من 0 إلى 18 جيجاهرتز.
سيناريوهات التطبيق الرئيسية
١. تختلف تطبيقات ورق الأراميد الرئيسية باختلاف التطبيقات الوظيفية للمنتج. وتشمل تطبيقاته اللاحقة بشكل رئيسي العزل الكهربائي (كمواد عازلة) ومواد النواة العسلية (كمواد لتخفيف الوزن الهيكلي).
تُستخدم منتجات سلسلة ورق ميتا أراميد بشكل رئيسي في مجال العزل الكهربائي، وتُستخدم كميات قليلة منه في مجال مواد النواة العسلية. يُعدّ المحولات حاليًا المجال الأكثر استخدامًا لورق الأراميد في بلدي. في الوقت نفسه، ومع كهربة السكك الحديدية في بلدي والإنشاءات واسعة النطاق لمترو الأنفاق والسكك الحديدية الخفيفة في المدن، ازدادت المتطلبات المتعلقة بالمعدات ذات الصلة بالقطارات عالية السرعة، بما في ذلك محولات الجر عالية القدرة.
تُستخدم منتجات سلسلة ورق البارا-أراميد بشكل رئيسي في مجال مواد اللب العسلي. بالمقارنة مع مواد اللب العسلي المصنوعة من ورق الميتا-أراميد، فإن الخصائص الميكانيكية الشاملة لمواد اللب العسلي المصنوعة من البارا-أراميد تتحسن بشكل ملحوظ مقارنةً بمواد اللب العسلي الورقية المصنوعة من الميتا-أراميد. تبلغ قوتها خمسة أضعاف قوة الفولاذ من نفس النوعية، لكن كثافتها لا تتجاوز خُمس كثافة الفولاذ. ومع ذلك، نظرًا لارتفاع تكلفتها، تُستخدم عادةً في مجال مواد اللب العسلي ذات متطلبات القوة العالية.
2. سيناريوهات التطبيق الرئيسية لمواد النواة العسلية الأراميدية
مجال الطيران: بعد دمج مواد نواة قرص العسل الورقية الأراميدية مع الألواح لتشكيل هيكل شطيرة، يمكن استخدامها كأحد الأشكال الهيكلية المثالية وتستخدم على نطاق واسع في مجال الطيران. تشمل أجزاء التطبيق الرئيسية اللوحات، والجنيحات، وحواف الذيل الرأسية الأمامية، والدفات، والأجنحة، وهياكل الطائرات، والشفرات، وقباب الرادار، وألواح الجدران، والأبواب، والأرضيات، وأجزاء أخرى، بالإضافة إلى الصلابة العالية والأجزاء الثانوية الحاملة للحمل في الطائرات. وباعتبارها المادة الأساسية المفضلة لهياكل قرص العسل المركبة للطائرات، يمكنها تقليل الكتلة الهيكلية للطائرة وتحقيق انتقال الموجات، وتقليل الضوضاء، وأداء العزل الحراري للمكونات الوظيفية. وفقًا للإحصاءات، يوجد أكثر من 280 لوح قرص العسل من نوع نومكس في طائرة Z-9 المحلية، تغطي حوالي 80% من إجمالي الطائرة. وتمثل ألواح قرص العسل في مقاتلة F-111 الأمريكية أكثر من 90% من المساحة الخارجية الإجمالية. تستخدم طائرة C919 كميات كبيرة من مواد نواة قرص العسل في أجزاء متعددة من الطائرة لتلبية متطلبات خفض الوزن. ومن المتوقع أن يتجاوز الطلب على مواد نواة قرص العسل المصنوعة من الأراميد لرحلة واحدة 10 ملايين يوان.
مجال السفينة: لا تقتصر مزايا هياكل قرص العسل على تقليل وزن السفن الفارغة، وتحسين قدرتها على المناورة ومقاومة الصدمات، بل تُحسّن أيضًا بشكل كبير من مقاومة التآكل وقدرات التخفي. في السنوات الأخيرة، استخدمت القوات البحرية في مختلف الدول مواد قرص العسل في الهياكل الفوقية، مثل أسقف السفن، والحواجز، وأسقف الطائرات، وذلك لتحسين الأداء الشامل للسفن من جميع النواحي. يستخدم قاطع خفر السواحل الأمريكي هيكل قرص العسل من مادة نومكس بدلًا من ألواح الأسبستوس، مما يقلل وزن القاطع بأكثر من 9 أطنان، ويقضي أيضًا على المخاطر المحتملة الناجمة عن الأسبستوس. يستخدم الديكور الداخلي لحاملة الطائرات لياونينغ أكثر من 100,000 متر مربع من صفائح الأراميد، بسعر يتراوح بين 1500 و2000 يوان للمتر المربع. ومن المعروف أن معاهد الأبحاث الرئيسية التابعة لشركة صناعة بناء السفن الصينية قد بدأت باستخدام صفائح قرص العسل من الأراميد في مشاريع الديكور الداخلي للسفن خفيفة الوزن.
مجال النقل بالسكك الحديدية: يمكن لمواد الأراميد أن تُقلل بشكل فعال من استهلاك الطاقة والضوضاء في القطارات عالية السرعة. وقد استُخدمت في الألواح الجانبية، وألواح السقف، والمقاعد، والحواجز، ورفوف الأمتعة، وألواح السقف في عربات السكك الحديدية عالية السرعة لتقليل وزن العربة وزيادة سرعتها. تحتاج عربات EMU التي تزيد سرعتها عن 200 كيلومتر في الساعة إلى استخدام كميات كبيرة من مواد الأراميد الورقية الشبيهة بخلايا النحل. يوصي مصنع سيارات الركاب CRH-5 في تشانغتشون باستخدام مواد الأراميد الشبيهة بخلايا النحل كمواد هيكلية للقطارات عالية السرعة، حيث يبلغ الطلب السنوي على مواد الأراميد الشبيهة بخلايا النحل 10-15 مم لمساحة 50,000 متر مربع. بالإضافة إلى ذلك، تستخدم الطرز الجديدة، مثل عربات EMU القياسية، وعربات النوم، وعربات الطاقة المنخفضة ذات الأرضية المنخفضة، هياكل الأراميد الشبيهة بخلايا النحل في التصميم الداخلي لتلبية احتياجات الوزن الخفيف والراحة.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا استخدام مواد النواة العسلية الورقية المصنوعة من الأراميد في تصنيع شفرات توربينات الرياح والسفن واليخوت وقوارب السباق والزلاجات والمركبات الترفيهية وغيرها من المنتجات.
العرض والطلب في الصناعة
1. العرض والطلب على ألياف الأراميد
في الوقت الحالي، تتراوح الطاقة الإنتاجية العالمية لألياف الأراميد بين 140,000 و150,000 طن، منها أكثر من 50,000 طن ألياف ميتا-أراميد، و90,000-100,000 طن ألياف بارا-أراميد. يُستخدم حوالي 60% من ألياف ميتا-أراميد في مجالات الترشيح الصناعية منخفضة التكلفة نسبيًا في الصين، بينما يُستخدم حوالي 10% فقط في مواد العزل عالية الجودة ومواد النواة العسلية. أما ألياف بارا-أراميد، فيُستخدم 40% منها في تقوية الألياف الضوئية في الصين، و20% في الحماية من الرصاص، والخوذات والقفازات العسكرية المضادة للرصاص، وغيرها. كما يُستخدم 20% منها في صناعة مطاط السيارات، و20% في المواد المركبة.
2. العرض والطلب على ورق الأراميد
ورق الأراميد: وفقًا للإحصاءات، تبلغ الطاقة الإنتاجية الاسمية لورق الأراميد عالميًا حوالي 20,000 طن سنويًا، بينما تبلغ الطاقة الإنتاجية الفعلية حوالي 12,000 طن سنويًا. ويبلغ الطلب العالمي على ورق الأراميد حوالي 10,000 طن سنويًا، وتستحوذ شركة دوبونت على الحصة السوقية الرئيسية. ووفقًا للبيانات التي جمعها معهد سيتيك لأبحاث الأوراق المالية، يُستخدم ورق الأراميد عالميًا بشكل رئيسي في العزل الكهربائي ومواد النواة العسلية، بنسبة 64% و34% على التوالي. وبالنظر إلى هيكل الاستهلاك العالمي، فإن 90.76% من طلب ورق الأراميد في بلدي عام 2020 يأتي من العزل الكهربائي، بينما لا يمثل استهلاك مواد البناء العسلية والمواد المركبة الأخرى سوى 9.24%.
حاليًا، تُعدّ مينشيدا المُصنّع الرئيسي لورق الأراميد محليًا. وهي أول مُصنّع لورق الأراميد في الصين. وتحتل حاليًا المرتبة الثانية عالميًا في حصة منتجات ورق الأراميد، بعد دوبونت في الولايات المتحدة.
3. العرض والطلب على مواد النواة العسلية الأراميدية
وفقًا للحساب الذي يفيد بأنه يمكن تحويل قطعة ورق أراميد تزن 100 كجم إلى 3 أمتار مكعبة من مواد قلب قرص العسل، فإن القدرة الإنتاجية النظرية لأقراص العسل الأراميد في العالم يمكن أن تصل إلى 2.04 مليون متر مكعب، والقدرة الإنتاجية النظرية لأقراص العسل الأراميد في السوق الصينية يمكن أن تصل إلى 240.000 متر مكعب. تبلغ مواد قلب قرص العسل الأراميد المقابلة للقدرة الإنتاجية الفعلية حوالي 54.000 متر مكعب.
حاليًا، تُعدّ شركة AVIC Composites المُصنّع المحلي الرئيسي لمواد نوى أقراص العسل المصنوعة من الأراميد. يُوزّع إنتاج أقراص العسل من AVIC Composites بشكل رئيسي في بكين ونانتونغ. ومن بين هذه المدن، يتميز خط إنتاج أقراص العسل كبير الحجم في نانتونغ بمستوى متقدم دوليًا ودرجة عالية من الأتمتة. وتُستخدم منتجاتها بشكل رئيسي في مجال الطائرات المدنية، ولعملاء التجارة الخارجية مثل إيرباص وبوينغ وياكي.
في السنوات الأخيرة، واصلت بلادي تعزيز سياساتها الداعمة لمواد ألياف الأراميد وورق الأراميد. وعلى وجه الخصوص، ساهم التطور السريع في صناعة القطارات عالية السرعة، وصناعة الطائرات المحلية، وحاملات الطائرات، وغيرها من صناعات تصنيع المعدات في بلادي خلال السنوات الأخيرة في تطوير ورق عزل الأراميد ومواد نوى أقراص العسل المصنوعة من ورق الأراميد.
مع تزايد استخدامات ورق الأراميد، من المتوقع أن يشهد سوقه آفاقًا واعدة للتطور. ووفقًا لبيانات عامة من جهات خارجية، ارتفع استهلاك ورق الأراميد في الصين من 2742 طنًا في عام 2017 إلى 4215 طنًا في عام 2021، ومن المتوقع أن يصل إلى 12357 طنًا في عام 2028. يُعد هيكل قرص العسل أفضل هيكل يتحمل الأحمال في مجال الفضاء، وسيظل جزءًا لا يتجزأ من التصميم الهيكلي للطائرات والمركبات الفضائية لفترة طويلة.
