芳綸纖維全稱為“芳香族聚酰胺纖維”，具有超高強(qiáng)度、高模量和耐高溫、耐酸耐堿、重量輕等優(yōu)良性能，芳綸纖維于1960s由美國杜邦公司研發(fā)成功并商業(yè)化。芳綸纖維并不會直接作為最終產(chǎn)品，至少要做成織物或相應(yīng)的復(fù)合材料才能使用。

 

　　芳綸纖維的品類及性能對最終產(chǎn)品的性能有比較大的影響。芳綸纖維可分為鄰位芳綸、對位芳綸 (芳綸1414，PPTA)和間位芳綸(芳綸1313，PMTA)三種，其中實現(xiàn)工業(yè)化的產(chǎn)品主要有間位芳綸和對位芳綸兩種。純間位芳綸制成的芳綸紙具有高強(qiáng)度、低變形、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕、阻燃和優(yōu)良的電絕緣性能，廣泛應(yīng)用于國防、航空航天、高速列車和電工絕緣等領(lǐng)域。對位芳綸具有比間位芳綸更好的綜合性能，可應(yīng)用于航空航天工業(yè)中用于制造導(dǎo)彈的固體火箭發(fā)動機(jī)殼體和用于制作大型飛機(jī)的二次結(jié)構(gòu)材料（如機(jī)艙門、窗、機(jī)翼有關(guān)部件等）、國防工業(yè)中的防彈衣、防彈頭盔、防刺防割服、排爆服、高彈度降落傘、防彈車體、裝甲板等。

 

　　從芳綸纖維到芳綸蜂窩芯材需要經(jīng)過抄造成紙、熱壓成形等一系列的生產(chǎn)過程。按照工序及生產(chǎn)流程主要涉及到芳綸紙、芳綸蜂窩芯材等產(chǎn)品。

 

　　芳綸紙是以制紙級芳綸纖維為原料，通過濕法成形、高溫整飾等工藝制備而成的高性能新材料。美國杜邦公司于上世紀(jì)六十年代成功開發(fā)出芳綸紙，因其具有本質(zhì)阻燃、絕緣、耐高溫、高強(qiáng)度等優(yōu)良特性，逐步成為國防軍工、航空航天、電力電氣、軌道交通、新能源、電子通訊等重要行業(yè)和領(lǐng)域發(fā)展不可或缺的關(guān)鍵材料。

 

　　

 

　　圖1  芳綸紙

 

　　芳綸蜂窩是一種仿生結(jié)構(gòu)，由芳綸紙經(jīng)涂膠、疊合、熱壓、切邊、拉伸、定型、浸膠、固化等一系列復(fù)雜工藝制作而成，具有天然蜂巢的六邊形結(jié)構(gòu)。其輕質(zhì)、高強(qiáng)、高模、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)且具有隔音、隔熱、阻燃等優(yōu)點，可以作為輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料（主要作為芯材），應(yīng)用于航空航天、軌道交通、國防軍工等重點領(lǐng)域。芳綸蜂窩芯材以其優(yōu)異的性能成為航空航天、軌道交通等領(lǐng)域的重要減重材料；同時與預(yù)浸料相結(jié)合，在吸波領(lǐng)域占據(jù)重要的地位。

 

　　

 

　　圖2  芳綸蜂窩芯材應(yīng)用場景

 

　　以蜂窩芯材為基礎(chǔ)形成的蜂窩夾層結(jié)構(gòu)吸波材料是重要的結(jié)構(gòu)性吸波材料。蜂窩夾層結(jié)構(gòu)吸波材料主要應(yīng)用于雷達(dá)隱身領(lǐng)域；是由經(jīng)過浸漬吸波劑的芳綸蜂窩和透波面板組成，兼具優(yōu)良的力學(xué)性能和吸波性能。就芳綸蜂窩夾層結(jié)構(gòu)吸波材料而言，其吸波性能主要取決于蜂窩本身的規(guī)格尺寸以及浸漬膠液體系。目前芳綸蜂窩夾層結(jié)構(gòu)吸波材料可以對0-18GHz的頻段形成較強(qiáng)的吸收。

 

　　

 

　　圖3  芳綸蜂窩芯材

 

　　二、主要應(yīng)用場景

 

　　1、芳綸紙的主要應(yīng)用場景

 

　　根據(jù)產(chǎn)品的功能性應(yīng)用不同，產(chǎn)品的下游應(yīng)用領(lǐng)域主要包括電氣絕緣(作為絕緣材料)、蜂窩芯材 (作為結(jié)構(gòu)減重材料)領(lǐng)域。

 

　　間位芳綸紙系列產(chǎn)品主要用于電氣絕緣領(lǐng)域，少量用于蜂窩芯材領(lǐng)域；變壓器是目前我國使用芳綸紙較多的領(lǐng)域。同時，隨著我國的鐵路電氣化以及城市地鐵、輕軌的大規(guī)模建設(shè)，對包括大功率牽引變壓器在內(nèi)的高速列車的相關(guān)設(shè)備也提出了更高的要求。

 

　　對位芳綸紙系列產(chǎn)品主要用于蜂窩芯材領(lǐng)域。相比間位芳綸紙制作的蜂窩芯材，使用對位芳綸紙制備的蜂窩芯材綜合力學(xué)性能相比間位芳綸紙蜂窩芯材顯著提高，其強(qiáng)度為同等質(zhì)量鋼鐵的 5 倍，但密度僅為鋼鐵的五分之一；但因其成本較高，一般應(yīng)用在對強(qiáng)度要求較高的蜂窩芯材領(lǐng)域。

 

　　2、芳綸蜂窩芯材的主要應(yīng)用場景

 

　　航空領(lǐng)域：芳綸紙蜂窩芯材與面板結(jié)合制成夾層結(jié)構(gòu)后，可作為理想的結(jié)構(gòu)形式之一，在航空領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，主要應(yīng)用部位包括襟翼、副翼、垂尾前緣、方向舵、鴨翼、機(jī)身、槳葉、天線罩、雷達(dá)罩、壁板、艙門、地板等部件，以及飛機(jī)的大剛性、次受力部件。作為飛機(jī)復(fù)合材料蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的首選芯材，可降低飛機(jī)的結(jié)構(gòu)質(zhì)量、實現(xiàn)功能部件透波、降噪、隔熱性能。據(jù)統(tǒng)計，國產(chǎn)直九機(jī)的Nomex蜂窩板件有280多個，覆蓋面積占整機(jī)的80%左右；美國F-111型戰(zhàn)斗機(jī)的蜂窩板件占整個外形面積的90%以上；C919在飛機(jī)的多個部位都應(yīng)用了大量的蜂窩芯材，以滿足減重需要，單一架次對芳綸蜂窩芯材的需求量預(yù)計在千萬元級以上。

 

　　艦船領(lǐng)域：蜂窩夾層結(jié)構(gòu)不僅可以減輕空船重量、提高艦船機(jī)動性和抗沖擊性能，還能大幅提升艦船的抗腐蝕性能和“隱身”能力。近年來，各國海軍還將蜂窩夾層材料用于水面艦艇的甲板室，艙壁和飛機(jī)頂棚等上層建筑，用于提升艦艇各方面的綜合性能。美軍海岸警衛(wèi)隊快艇采用Nomex蜂窩結(jié)構(gòu)取代石棉板，不僅使快艇重量減少9噸多，還消除了因石棉引起的潛在危害；遼寧號航母內(nèi)飾用到的芳綸板材超過10萬平方米，每平米售價為1500——2000元。據(jù)了解，中船重工各大研究所已開始使用芳綸蜂窩板材作為輕量化艦船內(nèi)裝項目。

 

　　軌道交通領(lǐng)域：芳綸材料能有效降低高速列車的能耗和噪音，已在高鐵車輛的車廂側(cè)板、頂板、座椅、隔板、行李架以及天窗板等部位上得到應(yīng)用，減輕車輛質(zhì)量，提高列車的速度，速度200公里/小時以上的動車需要大量使用芳綸紙蜂窩材料。長春客車廠CRH-5型動車組推薦使用芳綸蜂窩材料作為高速列車的夾層結(jié)構(gòu)材料，年需10——15mm芳綸蜂窩材料達(dá)5萬平方米；另外，標(biāo)準(zhǔn)動車組、動臥、新能源低地板車等新車型在輕量化、舒適性的需求下，也都在內(nèi)飾件設(shè)計中采用了芳綸蜂窩結(jié)構(gòu)。

 

　　此外，芳綸紙蜂窩芯材也可用于風(fēng)機(jī)葉片、船舶游艇、賽艇、滑雪板、房車等產(chǎn)品的制造。

 

　　三、行業(yè)供需情況

 

　　1、芳綸纖維供需情況

 

　　目前全球芳綸纖維產(chǎn)能在14-15萬噸左右，其中5萬多噸為間位芳綸纖維，9-10萬噸為對位芳綸纖維。間位芳綸纖維方面，國內(nèi)有60%左右用于相對低端的工業(yè)過濾領(lǐng)域，僅有10%左右用于高端的絕緣與蜂窩芯材領(lǐng)域。對位芳綸纖維方面，國內(nèi)有40%用于光纖增強(qiáng)；20%用于防彈防護(hù)，軍用防彈頭盔、手套等；20%用于汽車橡膠工業(yè)；20%用于復(fù)合材料。

 

　　2、芳綸紙供需情況

 

　　芳綸紙：據(jù)統(tǒng)計，全球芳綸紙名義產(chǎn)能約2萬噸/年，有效產(chǎn)能約1.2萬噸/年；全球芳綸紙需求約1萬噸/年，主要市場份額由杜邦公司占據(jù)。根據(jù)中信證券研究所整理數(shù)據(jù)，全球的芳綸紙主要用于電氣絕緣和蜂窩芯材，分別占64%和34%；對標(biāo)全球消費結(jié)構(gòu)，2020 年我國芳綸紙需求的 90.76%來自于電氣絕緣，而蜂窩結(jié)構(gòu)材料及其他復(fù)合材料的消費占比僅為 9.24%。

 

　　目前國內(nèi)芳綸紙的主要生產(chǎn)企業(yè)為民士達(dá)。民士達(dá)為國內(nèi)第一家芳綸紙制造商，目前其芳綸紙產(chǎn)品的全球市場占有率居于第二位，僅次于美國杜邦公司。

 

　　3、芳綸蜂窩芯材供需情況

 

　　按照一張芳綸紙100kg可做成3立方米的蜂窩芯材計算，全球芳綸蜂窩的理論產(chǎn)能可達(dá)到204萬立方米，中國市場的芳綸蜂窩的理論產(chǎn)能可達(dá)到24萬立方米；有效產(chǎn)能對應(yīng)的芳綸蜂窩芯材約5.4萬立方米。

 

　　目前國內(nèi)芳綸蜂窩芯材的主要生產(chǎn)企業(yè)為中航復(fù)材。中航復(fù)材的蜂窩生產(chǎn)主要分布在北京和南通，其中，南通大尺寸蜂窩生產(chǎn)線具有國際先進(jìn)水平，自動化程度高；其產(chǎn)品主要面向民機(jī)領(lǐng)域，且以空客、波音、雅奇等外貿(mào)客戶為主。

 

　　四、結(jié)語

 

　　近年來，我國持續(xù)加大對芳綸纖維材料、芳綸紙的政策支持力度。特別是近幾年我國高速列車、國產(chǎn)飛機(jī)制造及航空母艦等裝備制造業(yè)的快速發(fā)展更是帶動了芳綸絕緣紙和芳綸紙蜂窩芯材的發(fā)展。

 

　　隨著芳綸紙應(yīng)用領(lǐng)域的增多，芳綸紙市場預(yù)計有良好的發(fā)展前景。根據(jù)第三方公開數(shù)據(jù)，中國芳綸紙消費量已從2017 年的2742噸提高到2021年的4215噸，2028年我國芳綸紙的消耗量預(yù)計將達(dá)到12357噸。而蜂窩結(jié)構(gòu)是航空航天領(lǐng)域最佳的承力結(jié)構(gòu)，將長期存在于航空器、航天器的結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中。