芳綸紙是指将芳綸短纖維及芳綸漿粕按造紙技術抄造成紙,再經熱壓成形制得的複合材料。該材料首先由杜邦公司研制成功,芳綸紙基材料具有如下特點:
①強韌的機械性能: 很高的拉伸強度、撕裂強度,耐磨性良好,并具有良好的彈性和柔韌性,再加工性能良好;
②優良的電介質強 度:不添加其他樹脂可承受18~40kV/mm的短時間電 應力;
③良好的耐高溫性能:在220°C條件下放置10 年,材料仍能保持良好的機械性能和電性能;
④良好的 化學穩定性和适應性:絕大多數溶劑對材料的性能沒有影響,耐強酸強堿,防蟲、防黴變;
⑤能适應所有的油漆、膠粘劑、變壓器油、潤滑油、制冷劑,優異的低溫性 能在-196C條件下材料的拉伸強度比室溫條件下高);
⑥對潮濕環境不敏感、抗輻射能力強800MEGARADS 的離子輻射8次,材料仍能保持有用的機械強度和電介 質強度);
⑦阻燃并且在高溫條件下不會生成有毒物質。
美國壟斷,中國高價購買
所以芳綸紙成為了最高檔絕緣材料之一,是航空、航天、國防、電子、通訊等領域中的重要材料,杜邦主要有兩大系列産品NOMEX系列和KEVLAR系列。NOMEX系列以NOMEX短纖維和NOMEX沉析纖維為造紙原料,斜網抄造濕法成型制成。耐高溫和優良電絕緣性,在高性能絕緣材料中得到充分發揮,是高性能電機、幹式變壓器等新型電氣器材必須用材料。所以其廣泛用于軍事,特别是寬頻高透波率材料,用在火控雷達天線罩、敵我識别器透波窗口、 預警雷達天線罩、氣象雷達天線罩、警戒雷達天線罩、 紅外透波窗口等飛機和導彈的零部件中。
芳綸紙三大技術難點分别是合成纖維的分散、流送技術以及斜網成形技術還有熱壓技術,短纖維造紙用NOMEX長絲切斷成3~8 mm制成,其主要貢獻為紙的力學強度;沉析纖維由NOMEX聚合物溶液經噴嘴流入高速旋轉的NOMEX沉澱劑中,在強剪切力作用下,聚合物分散凝固為二維結構薄 的纖維絮狀物組成,它是NOMEX紙頁結構中起 短纖維間填充和粘結作用,因此沉析纖維的形态 和結構對紙的性能影響很大, 它的制造技術文獻上很少有報道。可以說,該技術涉及造紙、材料、表面化學、電磁學等多學科的交叉領域。
杜邦公司以後又發明了對位芳綸和對位芳綸漿粕, 其纖維強度和耐溫性更高,用它作為造紙原料,使芳綸紙的性能大大提高。
因為杜邦壟斷了芳綸紙,所以美國靠這張紙痛宰我國多年,中國要花費比成本價高出140倍的價格購買,美國由此每年獲利幾十億美元。
杜邦公司經過50年發展,已開發出第三代高性能芳綸紙,比第一代産品性能高一倍以上,但杜邦公司隻對我國出口性能較差的第一代産品,這也就是說,中國花費高價,也隻能購買到低端的芳綸紙,這就導緻我國高端芳綸材料受制于人,要“看人眼色”。
而随着中國經濟的發展,不僅是軍事領域,國内芳綸紙市場銷量呈現快速增長态勢,在 大功率幹式變壓器、鐵路電氣化以及城市地鐵、 輕軌中所需的機載變壓器、大型客機及大型軍用 運輸機用芳綸紙蜂窩結構等項目上,要求高端芳綸紙材料, 他們要求更高的可靠性、安全性和 經濟性。
比如軌道交通領域。因其能有效降低高速列車的能耗和噪音,同時也是高鐵上重要的高溫絕緣材料,速度高達200公裡/小時以上的動車需要大量使用芳綸紙蜂窩。
中國攻克技術
為此,在十幾年前,華南理工大學胡健團隊就聯合國内相關研究院着手研發芳綸紙相關技術,目标十分明确:突破國外技術封鎖,擁有中國人的核心技術,滿足國防軍工重大需求的同時,推動相關産業發展。
創新不是一蹴而就的。經過十多年的技術攻關,團隊成功跳過杜邦第一代、第二代産品,研發出第三代産品,一舉打破國外對我國的技術封鎖,為我國新型國防裝備研制提供了材料保障。
2016年,華南理工大學胡健團隊将此研究成果以技術入股的方式,與中車集團株洲時代新材料科技股份有限公司共同設立合資公司,相關技術作價6684萬元,其中,華南理工大學隻保留20%收益,将其中80%也就是5000萬元作為胡健教授團隊的科研獎勵。
2019年4月,我國芳綸紙正式投産,當年便取得了投資5億元,年産值10億元的巨大成就。産品已在大型飛機、磁懸浮、高鐵、地鐵、虛拟軌道交通領域開展示範驗證,部分零部件已開始成功運用。
從此之後,中國再也不會被美國卡脖子了。
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