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你能想象仅仅一张纸就可以卡着中国的脖颈很多年吗?多数人可能会疑惑,造纸术作为中国的四大发明之一,如何就成为中国发展的掣肘所在了。
原因在于此造纸术非彼造纸术,普通的纸作用于书写和生活,但芳纶纸的“纸”却是成就军事、铁路和航空领域发展的必要因素,是实现美国、日本等国家国际地位的重要技术,同时也是中国跨入世界强国行列的主要途径。那什么是“芳纶纸”?芳纶纸又是如何被我国攻克的呢?
01
芳纶纸为何被称为“黄金纸”?
它看似薄如蝉翼,却绝非普通纸张。芳纶纸,学名聚芳酰胺纤维纸,是一种高性能合成材料,堪称“材料界的黄金珠宝”。
力拔山兮:强度是钢丝的5-6倍,韧性是其2倍,重量却仅有五分之一!
水火不侵:阻燃耐高温(可在260℃下长期使用),抗裂耐冲击,耐磨抗变形。
百毒不害:耐酸碱腐蚀,绝缘性能优异,使用寿命极长。
芳纶纸最早在冷战时期被美国开发出来用于军事领域。
1967年,美国杜邦公司实现间位芳纶材料诺美克斯(Nomex)的工业化生产,主要利用其阻燃耐高温的特性用于军事设备的绝缘衬垫。
1972年,杜邦公司又将间位芳纶材料成功工业化,主要利用其超强的抗裂耐冲击特性生产防御装备,这就是大名鼎鼎的凯夫拉(Kevlar)。
目前,美英等国军队装备的防弹衣和美国士兵佩戴的头盔,都是由芳纶材料制成。
与钢盔相比,芳纶头盔具有更好的吸波能性,而且可以耐高低温、耐酸碱,硬度比钢更硬,重量却只有三分之一。
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芳纶头盔
这对保护士兵和提高单兵作战的移动能力具有很大帮助。
凯夫拉的作用不只在于单兵防护,还包括反弹防护。
比如美国M1坦克所用的防护罩就是由钢-芳纶-钢复合材料制成,可抵抗直径达700mm的反坦克导弹。
在航空航天领域,芳纶纸也是最常用的特种材料之一。
芳纶纸可以制作成蜂窝网络结构,其复合材料具有很强的吸波性,可用于制作隐身技术材料,使飞行器有效躲避敌方雷达的侦测,提升生存概率。
比如,美国空军B-2隐身轰炸机的机翼蒙皮就使用了芳纶材料。
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美军B-2隐形轰炸机
航天飞行器在返回地球的过程中,会与大气层发生剧烈的摩擦,带来1000℃的高温,很少有材料能耐受如此高温的挑战。
芳纶纸作为一种阻燃耐热材料成为不二之选。
此外,芳纶纸非常轻,能大大减少航天器的整体质量。
要知道,在航天器的设计中,每减少一公斤重量,大约可减少100万美元的制造成本,芳纶纸简直完美!
最近,马斯克的SpaceX公司把火箭回收做得风生水起,猎鹰9号火箭已经成功发射回收17次。
说起来,马斯克还得感谢芳纶纸的出现。
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正在落地回收的猎鹰9号火箭
在民用领域中,芳纶纸的用途就更多了。
芳纶纸制成的防火服可在260℃的高温下使用100小时,成为使消防员不受高温侵蚀的最好防护。
芳纶纸外层材料能有效降低高速列车的能耗和噪音,也是高速列车内重要的高温隔热材料。
芳纶纸在建筑行业也广受青睐,用于屋顶隔热绝缘、钢结构工程墙壁热绝缘、室内热绝缘及吸音。
芳纶纸还被广泛应用于建造船只和皮划艇,大多数水上运动的高性能皮艇都是由芳纶纤维或碳纤维/芳纶纤维混合材料制成的。
美国海岸警卫队使用蜂窝结构的Nomex取代石棉板,快艇重量减少9吨多。
据统计,7%-8%的防弹衣和头盔由芳纶纸制作,近40%的航空航天材料和体育用品材料涉及芳纶纸,而芳纶纸在轮胎骨架材料和输送带材料中的使用比例也达到了20%。
从民用到军用,从体育到建材,各个领域都有芳纶纸的身影。
02
西方严密封锁
如此关键的材料,长期被西方垄断,尤其是美国杜邦公司。
上世纪60年代,美国杜邦公司产出芳纶纸,因其韧性强和重量轻等特点,奠定了美日等少数发达国家在芳纶纸技术上的垄断地位。相关科技人员透露,当芳纶纸应用到航空领域时,每kg芳纶纸就相当于100万美元的金额价值。
可即便这么一个朝阳产业,对于当时的中国来说,也是一个难以实现的难关所在,除了缺少芳纶纸制作的核心技术,我国在原材料进口方面,也始终处于劣势地位。
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技术铁幕:美国将高性能芳纶纸技术列入对华禁运清单,严密封锁。
天价勒索:即便后来稍放宽,也只卖最落后的初代产品,一张A4纸大小的成本不足20元的芳纶纸,对华售价竟高达2800元!
发展瓶颈:航空航天、信息技术等多个关键领域的发展因此受限,成为“卡脖子”的痛点。
03
中国是怎么拿下芳纶纸的?
(一)主要科研人员的贡献
陕西科技大学的张教授被称为“当代蔡伦”。
她带领团队深耕高性能芳纶纤维和纸基功能材料近 40 年,发表了 200 多篇高水平学术论文,获得了 40 多项国家发明专利。
她的研究成果为我国芳纶纸的出现奠定了坚实基础。华南理工大学的胡教授团队在前人的基础上实现了产业化突破。
2016 年,他们把研究成果以技术入股的方式,和中车集团合作成立了合资公司,相关技术作价 6684 万元。
这可不是一笔小数目,而且学校还把所持股份的 80%奖励给了胡健团队,这在当时引起了很大的轰动。
(二)产业化发展现状
中国科研人员不仅在实验室里搞出了名堂,还成功实现了产业化。
2018 年,国产芳纶纸正式量产上市。现在,中国已经成为了继美国、荷兰、日本、俄罗斯之后,第五个能够自研、自产、全产业链打通芳纶纸技术的国家。
而且,中国生产的芳纶纸不仅性能上去了,价格还大幅下降。
(三)民士达的崛起
说到产业化,就不得不提国内第一家芳纶纸制造商——民士达。
这家公司打破了杜邦公司的全球垄断,成为国内芳纶纸行业的龙头。
2022 年,民士达在全球市占率约 10%,仅次于杜邦。
民士达不仅在国内率先掌握了芳纶纸核心技术,还实现了全系列芳纶纸及其衍生品的规模化制备。
它的产品广泛应用于航空航天、轨道交通、新能源汽车等领域,客户群体更是涵盖了国内外众多知名企业,比如中航集团、中国中车、瑞士 ABB 公司、德国西门子公司等。
2024 年,民士达的营业收入达到 4.08 亿元,同比增长 19.82%,归母净利润 1.01 亿元,同比增长 23.14%。
2025 年第一季度,公司业绩更是同比实现高增长,营业收入 1.15 亿元,同比增长 27.43%,归母净利润 0.31 亿元,同比增长 49.92%。
一张芳纶纸的突围之路,是中国科技自力更生、攻坚克难的生动缩影。它不仅打破了西方长达50年的技术垄断,更标志着中国在高性能材料领域实现了从追赶到并跑甚至局部领跑的历史性跨越!
从“卡脖子”到“挺直腰杆”,再到全球市场的重要参与者,芳纶纸的故事,是无数中国科学家用智慧和汗水书写的壮丽篇章。这不仅是材料的胜利,更是国家创新体系实力崛起的象征!随着新能源、新材料浪潮奔涌,国产芳纶纸的未来,必将更加璀璨!
来源:综合自先进纤维创新平台、先进高分子材料信息、正解局
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