高科技材料——芳綸紙

沈羨云

什么是芳綸紙

自20世紀60年代以來，隨著制造業(yè)科技水平的不斷發(fā)展，一些看似平淡無奇的材料也被賦予了重要的作用，在這些材料當中，芳綸紙絕對是最為亮眼的。芳綸紙又名“聚芳酰胺纖維紙”，是以芳綸短纖維和芳綸沉析纖維為造紙原料，斜網抄造濕法成型，再經熱壓成型制得。芳綸紙具有良好的絕緣性和抗老化性能，是一種非常特殊的新型的高科技合成材料，它從誕生之日始就被認為是材料科學上的一個重要的里程碑。雖然我們習慣稱它為“紙”，但是它和我們傳統(tǒng)的紙有著本質區(qū)別。芳綸紙的特點是具有高強度、低變形、耐高溫、耐化學腐蝕、阻燃、優(yōu)良的電絕緣性、化學性質極其穩(wěn)定、使用壽命很長。它有很多傳統(tǒng)意義上的紙所不具備的特點：它的強度大概是鋼絲的5、6倍，韌性是鋼絲的2倍，在具備了一流的強度和韌性的同時，這張紙還非常輕，質量只是鋼絲的五分之一左右。

芳綸紙的用途

芳綸紙材料的優(yōu)異性能，使得它的用途非常廣泛。目前世界很多國家都將其廣泛用于國防軍工、航空航天、交通運輸?shù)阮I域，像飛機、高鐵、航空母艦以及運載火箭等某些關鍵的部件都把芳綸紙作為復合材料。

冷戰(zhàn)期間，芳綸紙首先被美國投入到航天以及軍事領域，直至冷戰(zhàn)結束后，芳綸紙才被用于民用領域。目前美國、英國等發(fā)達國家的防彈衣其實就是用芳綸紙做的。美國軍人戴的一種頭盔就是大量采用了芳綸紙材料。由于芳綸紙防高溫、耐酸堿、硬度比鋼還要硬，質量比常規(guī)的鋼盔輕了三分之二，因此是做頭盔最合適的材料。防彈衣、頭盔的輕量化可以大大提高軍隊的快速反應能力和殺傷力。

大家都知道美國的B-2隱身轟炸機，它的隱身能力非常厲害，可以安全地穿過各種常規(guī)防空系統(tǒng)，它的機翼蒙皮就采用了芳綸紙材料。由于芳綸紙質量輕、寬頻透波性好、高強度、高模量，采用以芳綸紙為芯材的蜂窩結構復合材料制作隱身材料，可以有效地躲避敵方雷達的探測，提高飛行器的生存力和戰(zhàn)斗力?？梢哉f，芳綸紙是一種重要的國防裝備基礎材料，它的地位相當于汽車用的潤滑油，沒有它許多高科技軍事設備無法發(fā)揮更強的效果。

芳綸紙是目前航空航天等領域最常用到的特種紙材料?，F(xiàn)代國與國之間的競爭已經瞄準了太空資源，火星移民計劃、月球移民計劃、火星資源勘探計劃等都需要進行火箭發(fā)射。在航天器研發(fā)建造過程中，使用芳綸紙這種材料可以極大地減輕火箭的整體質量，每減輕1千克，火箭成本就會降低100萬美元。此外，航天飛機在返回地球沖擊大氣層的時候需要耐1000℃的高溫，航天飛機的耐熱保溫材料其實也是由芳綸紙做的。

除了軍事與航天應用外，在民用方面，芳綸紙也發(fā)揮了巨大的作用。比如，用芳綸紙做成消防隊員的防熱服，它的阻燃性非常好，可以在260℃的高溫中使用100小時，使消防員的身體不受高溫的侵蝕。又如，用芳綸紙材料能夠有效地降低高速列車的能耗和噪聲，它還是高鐵上重要的高溫絕緣材料?，F(xiàn)在，這項技術已經廣泛應用于國內的大型飛機、磁懸浮高鐵、地鐵等交通工具上。除此之外，芳綸紙作為一種高技術含量的纖維材料被廣泛應用于機電、建筑、體育用品等國民經濟的多個方面。由于芳綸紙的隔熱、防火、吸聲效果都十分理想，屋頂保溫隔熱、鋼結構廠房墻體保溫隔熱、室內保溫吸聲防火等都用到了芳綸紙。據報道，目前芳綸產品用于防彈衣、頭盔等約占7%～8%；用于航空航天材料、體育用品材料大約占40%；用于輪胎骨架材料、傳送帶材料等方面大約占20%；用于高強繩索等方面大約占13%。此外，輪胎業(yè)也開始大量使用芳綸簾線來減輕重量、減少滾動阻力。

中國終于掌握了制造芳綸紙技術

由上可見，芳綸紙對我國的建設是多么重要，然而就是這么一張“紙”，全世界只有美國能制造。早在20世紀60年代，美國杜邦公司已經成功完成了芳綸纖維產業(yè)化，無論在新產品的研發(fā)和生產規(guī)模上還是在市場占有率上都是世界一流水平。21世紀初，杜邦公司經過幾十年的發(fā)展在相關領域依然是一方巨頭，并且他們已經開發(fā)出了第二代、第三代高性能的芳綸紙，第三代的性能比第一代、第二代要高出好幾倍。但讓人氣憤的是，在美國政府的號召下，杜邦公司對中國展開了打壓，芳綸紙也被列入對中國的禁運清單。即便在后來中美關系回暖后，杜邦公司出口我國的芳綸紙是質量比較差的第一代產品，改進型的第二代、第三代產品仍不賣給中國。

美國的這一封鎖舉動使中國在多個領域都處于被“卡脖子”的狀態(tài)， 一旦美國要制裁中國，我們將面臨“無紙可用”的被動局面，這一直是我國航空航天技術的瓶頸之一。

2010年，華南理工大學胡健教授帶領他的團隊毅然投身到相關領域的研究中，勵志要讓中國擁有世界一流的芳綸紙制造技術。當時，胡健教授向所在的華南理工大學申請后，得到了學校方面的大力支持。那個時候，胡健教授才39歲，正值壯年，他迅速組建了團隊，把自己全部的精力都投入到了對芳綸紙項目的研究之中。眾所周知，科研工作是一份辛苦而且枯燥的工作，但是胡健教授及其團隊卻十年如一日從未對這項科研技術松懈過。

2019年，胡健教授團隊的研發(fā)工作終于獲得了圓滿成功，由此我國一舉突破了芳綸紙技術的封鎖，成為當今世界上第3個掌握了這項技術的國家。更慶幸的是，我國雖然起步比較晚，但是追趕速度非常驚人。胡健教授團隊經過技術攻關，跳過了美國杜邦的第一代、第二代產品，直接研發(fā)出了性能超強的第三代產品。這不僅為我國新型國防裝備研制提供了材料的保障，也在軌道交通等民用領域發(fā)揮了非常重要的作用。

芳綸紙技術的突破，每年為國家節(jié)省10億元進口費，還可以把芳綸紙賣到國外?，F(xiàn)如今，國產的芳綸紙正在逐漸將美國產品趕下“神壇”。2021年，中國龍邦材料科技有限公司成功研發(fā)出了國產的高電氣強度絕緣芳綸紙，并且在0.3～0.76毫米規(guī)格內全面強于杜邦公司生產的同類芳綸紙，在0.08～0.25毫米規(guī)格內雖然弱于杜邦公司生產的同類芳綸紙，但差距并不大，完全可以被價格優(yōu)勢所彌補。同時，龍邦材料科技有限公司研發(fā)的高電氣強度絕緣芳綸紙在穩(wěn)定性、絕緣性上更加優(yōu)秀，這種產品將有望在未來徹底打破美國的優(yōu)勢地位。EA45F449-B847-437D-83E2-2830A4355A8B