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，隨著制造業科技水平的不斷發展，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”，但是它和我們傳統的紙有著本質區別。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、優良的電絕緣性、化學性質極其穩定、使用壽命很長。它有很多傳統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、交通運輸等領域，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，直至冷戰結束后，芳綸紙才被用于民用領域。目前美國、英國等發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防空系統，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射。在航天器研發建造過程中，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化，無論在新產品的研發和生產規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展在相關領域依然是一方巨頭，并且他們已經開發出了第二代、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， 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揮了非常重要的作用。

芳綸紙技術的突破，每年為國家節省10億元進口費，還可以把芳綸紙賣到國外?，F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，完全可以被價格優勢所彌補。同時，龍邦材料科技有限公司研發的高電氣強度絕緣芳綸紙在穩定性、絕緣性上更加優秀，這種產品將有望在未來徹底打破美國的優勢地位。EA45F449-B847-437D-83E2-2830A4355A8B