高科技材料——芳纶纸

沈羡云

什么是芳纶纸

自20世纪60年代以来，随着制造业科技水平的不断发展，一些看似平淡无奇的材料也被赋予了重要的作用，在这些材料当中，芳纶纸绝对是最为亮眼的。芳纶纸又名“聚芳酰胺纤维纸”，是以芳纶短纤维和芳纶沉析纤维为造纸原料，斜网抄造湿法成型，再经热压成型制得。芳纶纸具有良好的绝缘性和抗老化性能，是一种非常特殊的新型的高科技合成材料，它从诞生之日始就被认为是材料科学上的一个重要的里程碑。虽然我们习惯称它为“纸”，但是它和我们传统的纸有着本质区别。芳纶纸的特点是具有高强度、低变形、耐高温、耐化学腐蚀、阻燃、优良的电绝缘性、化学性质极其稳定、使用寿命很长。它有很多传统意义上的纸所不具备的特点：它的强度大概是钢丝的5、6倍，韧性是钢丝的2倍，在具备了一流的强度和韧性的同时，这张纸还非常轻，质量只是钢丝的五分之一左右。

芳纶纸的用途

芳纶纸材料的优异性能，使得它的用途非常广泛。目前世界很多国家都将其广泛用于国防军工、航空航天、交通运输等领域，像飞机、高铁、航空母舰以及运载火箭等某些关键的部件都把芳纶纸作为复合材料。

冷战期间，芳纶纸首先被美国投入到航天以及军事领域，直至冷战结束后，芳纶纸才被用于民用领域。目前美国、英国等发达国家的防弹衣其实就是用芳纶纸做的。美国军人戴的一种头盔就是大量采用了芳纶纸材料。由于芳纶纸防高温、耐酸碱、硬度比钢还要硬，质量比常规的钢盔轻了三分之二，因此是做头盔最合适的材料。防弹衣、头盔的轻量化可以大大提高军队的快速反应能力和杀伤力。

大家都知道美国的B-2隐身轰炸机，它的隐身能力非常厉害，可以安全地穿过各种常规防空系统，它的机翼蒙皮就采用了芳纶纸材料。由于芳纶纸质量轻、宽频透波性好、高强度、高模量，采用以芳纶纸为芯材的蜂窝结构复合材料制作隐身材料，可以有效地躲避敌方雷达的探测，提高飞行器的生存力和战斗力。可以说，芳纶纸是一种重要的国防装备基础材料，它的地位相当于汽车用的润滑油，没有它许多高科技军事设备无法发挥更强的效果。

芳纶纸是目前航空航天等领域最常用到的特种纸材料。现代国与国之间的竞争已经瞄准了太空资源，火星移民计划、月球移民计划、火星资源勘探计划等都需要进行火箭发射。在航天器研发建造过程中，使用芳纶纸这种材料可以极大地减轻火箭的整体质量，每减轻1千克，火箭成本就会降低100万美元。此外，航天飛机在返回地球冲击大气层的时候需要耐1000℃的高温，航天飞机的耐热保温材料其实也是由芳纶纸做的。

除了军事与航天应用外，在民用方面，芳纶纸也发挥了巨大的作用。比如，用芳纶纸做成消防队员的防热服，它的阻燃性非常好，可以在260℃的高温中使用100小时，使消防员的身体不受高温的侵蚀。又如，用芳纶纸材料能够有效地降低高速列车的能耗和噪声，它还是高铁上重要的高温绝缘材料。现在，这项技术已经广泛应用于国内的大型飞机、磁悬浮高铁、地铁等交通工具上。除此之外，芳纶纸作为一种高技术含量的纤维材料被广泛应用于机电、建筑、体育用品等国民经济的多个方面。由于芳纶纸的隔热、防火、吸声效果都十分理想，屋顶保温隔热、钢结构厂房墙体保温隔热、室内保温吸声防火等都用到了芳纶纸。据报道，目前芳纶产品用于防弹衣、头盔等约占7%～8%；用于航空航天材料、体育用品材料大约占40%；用于轮胎骨架材料、传送带材料等方面大约占20%；用于高强绳索等方面大约占13%。此外，轮胎业也开始大量使用芳纶帘线来减轻重量、减少滚动阻力。

中国终于掌握了制造芳纶纸技术

由上可见，芳纶纸对我国的建设是多么重要，然而就是这么一张“纸”，全世界只有美国能制造。早在20世纪60年代，美国杜邦公司已经成功完成了芳纶纤维产业化，无论在新产品的研发和生产规模上还是在市场占有率上都是世界一流水平。21世纪初，杜邦公司经过几十年的发展在相关领域依然是一方巨头，并且他们已经开发出了第二代、第三代高性能的芳纶纸，第三代的性能比第一代、第二代要高出好几倍。但让人气愤的是，在美国政府的号召下，杜邦公司对中国展开了打压，芳纶纸也被列入对中国的禁运清单。即便在后来中美关系回暖后，杜邦公司出口我国的芳纶纸是质量比较差的第一代产品，改进型的第二代、第三代产品仍不卖给中国。

美国的这一封锁举动使中国在多个领域都处于被“卡脖子”的状态， 一旦美国要制裁中国，我们将面临“无纸可用”的被动局面，这一直是我国航空航天技术的瓶颈之一。

2010年，华南理工大学胡健教授带领他的团队毅然投身到相关领域的研究中，励志要让中国拥有世界一流的芳纶纸制造技术。当时，胡健教授向所在的华南理工大学申请后，得到了学校方面的大力支持。那个时候，胡健教授才39岁，正值壮年，他迅速组建了团队，把自己全部的精力都投入到了对芳纶纸项目的研究之中。众所周知，科研工作是一份辛苦而且枯燥的工作，但是胡健教授及其团队却十年如一日从未对这项科研技术松懈过。

2019年，胡健教授团队的研发工作终于获得了圆满成功，由此我国一举突破了芳纶纸技术的封锁，成为当今世界上第3个掌握了这项技术的国家。更庆幸的是，我国虽然起步比较晚，但是追赶速度非常惊人。胡健教授团队经过技术攻关，跳过了美国杜邦的第一代、第二代产品，直接研发出了性能超强的第三代产品。这不仅为我国新型国防装备研制提供了材料的保障，也在轨道交通等民用领域发挥了非常重要的作用。

芳纶纸技术的突破，每年为国家节省10亿元进口费，还可以把芳纶纸卖到国外。现如今，国产的芳纶纸正在逐渐将美国产品赶下“神坛”。2021年，中国龙邦材料科技有限公司成功研发出了国产的高电气强度绝缘芳纶纸，并且在0.3～0.76毫米规格内全面强于杜邦公司生产的同类芳纶纸，在0.08～0.25毫米规格内虽然弱于杜邦公司生产的同类芳纶纸，但差距并不大，完全可以被价格优势所弥补。同时，龙邦材料科技有限公司研发的高电气强度绝缘芳纶纸在稳定性、绝缘性上更加优秀，这种产品将有望在未来彻底打破美国的优势地位。EA45F449-B847-437D-83E2-2830A4355A8B