在科技領域,有一種紙張的價值不可估量,它可以用來制造火箭、飛機、電動車、電池等高端產品,它就是芳綸紙。芳綸紙是一種由芳綸纖維制成的高性能無紡布,具有高強度、高模量、耐高溫、耐化學腐蝕、阻燃和電絕緣等優良特性。芳綸紙的應用范圍非常廣泛,涉及航空航天、國防軍工、新能源、電氣絕緣、運輸、通訊、環保、建筑等各個領域,是一種重要的戰略性新材料。 然而,我國卻曾因這“一張紙”,被西方國家卡過脖子。 芳綸紙是紙嗎 芳綸紙不是普通的紙,而是一種高分子聚合材料。 雖然看上去跟紙張區別不大,卻是世界三大高性能纖維材料之一,全稱為“聚芳酰胺纖維紙”。 制造芳綸紙,需要先得到芳綸高分子纖維。根據分子結構的不同,最常見的有兩種:芳綸1313(PPTA)和芳綸1414(PMTA)。前者也被稱作間位芳綸,后者被稱作對位芳綸。兩者結構相似,但性質和用途不同。 芳綸纖維在自然界中不存在,只能靠人工合成來得到這種線性纖維,不同類型的芳綸纖維,制作方法也不同。比較成熟的工藝是低溫聚合法。這種方法消耗的有機溶劑少,反應需要的設備比較易得,操作步驟簡單,生產效率較高,使用范圍廣泛。比較新的方法是界面聚合法。這種工藝比較復雜,控制比較難,對設備要求高,所以投資比較大。 美國杜邦公司采用的是低溫聚合法,日本帝人公司則采用界面聚合法。 此外還有乳液聚合法和氣相聚合法等,但相對少見。芳綸紙實際上是一種無紡布。把芳綸纖維混合分散,用濕法成型后,再通過熱壓工藝就可以制成芳綸紙了。 芳綸紙的特點 芳綸紙具有很高的強度和剛性,可以承受很大的外力,而且耐高溫性能非常好,可以在高溫環境下使用。此外,芳綸紙還具有很好的電絕緣性和化學穩定性,可以在各種腐蝕性環境下工作。 芳綸紙的應用 芳綸紙在許多領域都有廣泛的應用,如航空航天、汽車、電子、通訊、軍事等。在航空航天領域,芳綸紙可以用于制造飛機、衛星等重要部件;在汽車領域,芳綸紙可以用于制造高性能汽車的車身、底盤等部件;在電子、通訊領域,芳綸紙可以用于制造通訊電纜、電子設備的結構件等。 芳綸紙從誕生之日起,就被認為是材料科學上的重要里程碑,號稱“材料屆的黃金珠寶”。 芳綸紙繼承了芳綸纖維的優點,強度是鋼絲的五六倍,韌性是鋼絲的兩倍,但質量只有鋼絲的五分之一左右。 芳綸紙的化學和物理穩定性也非常高,耐酸堿腐蝕、阻燃耐高溫、抗裂耐沖擊、耐磨變形小、阻燃絕緣好,使用壽命長…… 這些優異的性能,讓芳綸紙成為當之無愧的“紙黃金”。 芳綸紙最早在冷戰時期被美國開發出來用于軍 事領域。 1967年,美國杜邦公司實現間位芳綸材料諾美克斯(Nomex)的工業化生產,主要利用其阻燃耐高溫的特性用于軍事設備的絕緣襯墊。 1972年,杜邦公司又將間位芳綸材料成功工業化,主要利用其超強的抗裂耐沖擊特性生產防御裝備,這就是大名鼎鼎的凱夫拉(Kevlar)。 目前,美英等國軍隊裝備的防彈衣和美國士兵佩戴的頭盔,都是由芳綸材料制成。 與鋼盔相比,芳綸頭盔具有更好的吸波能性,而且可以耐高低溫、耐酸堿,硬度比鋼更硬,重量卻只有三分之一。 在航空航天領域,芳綸紙也是最常用的特種材料之一。 芳綸紙可以制作成蜂窩網絡結構,其復合材料具有很強的吸波性,可用于制作隱身技術材料,使飛行器有效躲避敵方雷達的偵測,提升生存概率。 航天飛行器在返回地球的過程中,會與大氣層發生劇烈的摩擦,帶來1000℃的高溫,很少有材料能耐受如此高溫的挑戰。 芳綸紙作為一種阻燃耐熱材料成為不二之選。 此外,芳綸紙非常輕,能大大減少航天器的整體質量。 要知道,在航天器的設計中,每減少一公斤重量,大約可減少100萬美元的制造成本,芳綸紙簡直完美! 最近,馬斯克的SpaceX公司把火箭回收做得風生水起,獵鷹9號火箭已經成功發射回收17次。 說起來,馬斯克還得感謝芳綸紙的出現。 在民用領域中,芳綸紙的用途就更多了。 芳綸紙制成的防火服可在260℃的高溫下使用100小時,成為使消防員不受高溫侵蝕的最好防護。 芳綸紙外層材料能有效降低高速列車的能耗和噪音,也是高速列車內重要的高溫隔熱材料。 芳綸紙在建筑行業也廣受青睞,用于屋頂隔熱絕緣、鋼結構工程墻壁熱絕緣、室內熱絕緣及吸音。 芳綸紙還被廣泛應用于建造船只和皮劃艇,大多數水上運動的高性能皮艇都是由芳綸纖維或碳纖維/芳綸纖維混合材料制成的。 美國海岸警衛隊使用蜂窩結構的Nomex取代石棉板,快艇重量減少9噸多。 據統計,7%-8%的防彈衣和頭盔由芳綸紙制作,近40%的航空航天材料和體育用品材料涉及芳綸紙,而芳綸紙在輪胎骨架材料和輸送帶材料中的使用比例也達到了20%。 從民用到軍 用,從體育到建材,各個領域都有芳綸紙的身影。 中國攻克 然而,這種神奇的紙張卻長期被美國和日本所壟斷,中國只能靠高價進口。據悉,一張A4大小的芳綸絕緣紙,其成本僅為20元左右,而美日賣給中國的價格卻高達2800元,這是多么驚人的暴利! 而且,美日還對出口數量和質量進行限制,只給中國提供低端的產品,不愿分享最新的技術和標準。這種情況一直持續到2019年,中國科學院合肥物質科學研究院成功攻克了芳綸1313及其絕緣材料的關鍵技術,實現了芳綸紙的國產化突破。 芳綸1313及其絕緣材料的國產化突破意味著中國在芳綸領域實現了自主創新和自給自足,不再受制于美日的技術封鎖和價格壟斷。據估計,這項技術每年可以為中國節省數十億元的進口費用。同時,這項技術也為中國在相關領域提供了更多的選擇和優勢,可以提升中國在國際市場上的競爭力和影響力。例如,在新能源汽車領域,芳綸1313可以用來制作鋰電池隔膜,提高電池的安全性和效率;在航空航天領域,芳綸1313可以用來制作蜂窩型芯材,降低飛行器的重量和成本;在國防軍工領域,芳綸1313可以用來制作防彈衣、頭盔、剎車片等高強度的裝備,增強我軍的戰斗力和保障能力。 目前,中國已經成為全球第二個能夠商業化生產芳綸紙的國家,僅次于美國。中國的芳綸紙生產企業主要集中在山東、廣東和江蘇等地,代表性的公司有民士達、中航高科和中芳特纖等。其中,民士達是國內最大的芳綸紙生產企業,其產能約為2200噸/年。民士達還成功研發出了芳綸1414及其絕緣材料,填補了國內空白。 目前,全球芳綸紙的排名前五的生產商是杜邦、民士達、贛州龍邦材料科技、超美斯和時代華先,這些廠商占有全球約13%的市場份額。 除杜邦之外,全都是中國企業! 今年9月,美國某知名行研公司芳綸紙市場研究報告中給出的五個頭部企業,其中四個都來自中國。 在產品端,我國的芳綸材料也行銷全球。以凱夫拉防彈材料為例,中國生產的防彈衣已經占領全球七成以上的市場。小編之前文章中提過,連美國大兵都知道中國的防彈衣價格便宜用料足,紛紛自費購買。 中國科學家們以無私奉獻,專注專業,完全結束了中國芳綸紙被“卡脖子”的歷史! 張美云曾說:搞科研的人,就要像黃大年一樣,耐得住寂寞,抵得住誘惑,守得住清貧,還要淡泊名利,低調務實不張揚。 與胡健團隊的合作中,中車在接受采訪時表示,科學家們的精神實在可歌可泣令人欽佩,科學家們攻克技術壁壘并非為了能夠從中獲利,而是為了解決國家的痛點。中國突破芳綸紙的技術壟斷,標志著中國科技實力和產業能力的發展翻開了新的一頁。 這不僅是材料科學的突破,還可以帶動其他高科技產業的崛起。未來,隨著新能源和新材料的不斷開發和應用,芳綸紙將會有更廣闊的應用前景。 原文鏈接:https://www.xianjichina.com/special/detail_535164.html 來源:賢集網 著作權歸作者所有。商業轉載請聯系作者獲得授權,非商業轉載請注明出處。 |