芳纶纸突围之路
造纸术，是我国引以为傲的古代四大发明之一。
然而，我国却曾因"一张纸"，被西方国家卡过脖子。
这张纸就是芳纶纸。
芳纶纸不是普通的纸，而是一种高分子聚合材料。
虽然看上去跟纸张区别不大，却是世界三大高性能纤维材料之一，全称为"聚芳酰胺纤维纸"。
芳纶纸
制造芳纶纸，需要先得到芳纶高分子纤维。
根据分子结构的不同，最常见的有两种：芳纶 1313（PPTA）和芳纶 1414（PMTA）。
前者也被称作间位芳纶，后者被称作对位芳纶。
两者结构相似，但性质和用途不同。
两种芳纶纤维的化学结构
芳纶纤维在自然界中不存在，只能靠人工合成来得到这种线性纤维，不同类型的芳纶纤维，制作方法也不同。
比较成熟的工艺是低温聚合法。
这种方法消耗的有机溶剂少，反应需要的设备比较易得，操作步骤简单，生产效率较高，使用范围广泛。
比较新的方法是界面聚合法。这种工艺比较复杂，控制比较难，对设备要求高，所以投资比较大。
美国杜邦公司采用的是低温聚合法，日本帝人公司则采用界面聚合法。
此外还有乳液聚合法和气相聚合法等，但相对少见。
从芳纶纤维到芳纶纸的制作流程
芳纶纸实际上是一种无纺布。
把芳纶纤维混合分散，用湿法成型后，再通过热压工艺就可以制成芳纶纸了。
芳纶纸从诞生之日起，就被认为是材料科学上的重要里程碑，号称"材料届的黄金珠宝"。
芳纶纸继承了芳纶纤维的优点，强度是钢丝的五六倍，韧性是钢丝的两倍，但质量只有钢丝的五分之一左右。
芳纶纸的化学和物理稳定性也非常高，耐酸碱腐蚀、阻燃耐高温、抗裂耐冲击、耐磨变形小、阻燃绝缘好，使用寿命长 ……
这些优异的性能，让芳纶纸成为当之无愧的"纸黄金"。
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。
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。
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。
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。
如此重要的军事民用材料，中国却长期被发达国家卡着脖子。
上世纪 60 年代，美国杜邦公司在成功完成芳纶纤维的产业化后，在新产品的开发、生产规模以及市场占有率都处于世界领先地位。
芳纶纸也在杜邦的全面优势之下，很快开发出更高性能的二代和三代产品。
怀揣最新的技术，美国政府以各种奇葩理由将芳纶纸列入对华禁运名单。
后面美国即使稍微放开，但也仅限于质量最差的初代产品，完全满足不了军用，只能民用。
更可恶的是，一张成本不足 20 元的 A4 纸大小的芳纶纸，垄断价格一度高达 2800 元。
美国的封锁一度让中国面临"无纸可用"的被动局面。
芳纶纸限制了我国多个领域的发展，甚至成为影响我国航空航天信息技术的瓶颈。
好在，国家早就意识到这个问题。
1972 年我国便开始发展芳纶纤维技术，不仅对科研项目大力资助，也多次对企业给予政策支持。
但由于缺乏技术人员和核心技术，发展之路一直很坎坷。
在解决"卡脖子"技术的关键时刻，我们不得不提到两位科学家。
第一个取得突破的是号称"现代蔡伦"的陕西科技大学张美云教授。
她的团队深耕高性能芳纶纤维和纸基功能材料近 40 年，发表 200 多篇高水平学术论文，获得 40 多项国家发明专利，最终为我国芳纶纸的出现奠定坚实基础。
2007 年，中国国产的芳纶纸进入国际市场，打破杜邦公司的垄断。
张美云教授
张美云教授实现追赶，华南理工大学的胡健教授则完成超越。
2008 年，在华南理工大学的资助和支持下，胡健教授组建团队，次年开始攻克新一代芳纶纸技术的研究。
2016 年，中国中车与华南理工大学签署合作协议，合作开发芳纶纸蜂窝等异形件。
2018 年，胡健教授团队研制的国产芳纶纸正式面世。
芳纶纸蜂窝
新一代国产芳纶纸完全超越美国杜邦公司前两代产品，与杜邦公司的第三代产品比肩，其硬度、柔韧性和重量等性能都比第一代芳纶纸提高了一倍。
我国正式打破西方科技强国高达 50 年的芳纶纸技术壁垒。
从此，中国有了可与美日企业相媲美的芳纶纸技术，并借此一举成为继美国、荷兰、日本、俄罗斯之外，第五个能够自研自产芳纶纸的国家。
大家熟悉的天宫二号、和谐号高铁、国产大飞机 C919…… 都应用了中国自主开发的芳纶纸。
像其他行业一样，在解决了"卡脖子"技术之后，中国产品凭借物美价廉的优势，迅速占领国际市场。
目前，全球芳纶纸的排名前五的生产商是杜邦、民士达、赣州龙邦材料科技、超美斯和时代华先，这些厂商占有全球约 13% 的市场份额。
除杜邦之外，全都是中国企业！
今年 9 月，美国某知名行研公司芳纶纸市场研究报告中给出的五个头部企业，其中四个都来自中国。
行研报告
在产品端，我国的芳纶材料也行销全球。以凯夫拉防弹材料为例，中国生产的防弹衣已经占领全球七成以上的市场。
局长之前就聊过，连美国大兵都知道中国的防弹衣价格便宜用料足，纷纷自费购买。
中国科学家们以无私奉献，专注专业，完全结束了中国芳纶纸被"卡脖子"的历史！
张美云曾说：搞科研的人，就要像黄大年一样，耐得住寂寞，抵得住诱惑，守得住清贫，还要淡泊名利，低调务实不张扬。
与胡健团队的合作中，中车在接受采访时表示，科学家们的精神实在可歌可泣令人钦佩，科学家们攻克技术壁垒并非为了能够从中获利，而是为了解决国家的痛点。
中国突破芳纶纸的技术垄断，标志着中国科技实力和产业能力的发展翻开了新的一页。
这不仅是材料科学的突破，还可以带动其他高科技产业的崛起。
未来，随着新能源和新材料的不断开发和应用，芳纶纸将会有更广阔的应用前景。
为中国科学家点赞！
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