​曾被一张纸卡脖子，中国如何打破了西方垄断？

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。（《美国大兵为保命自费也要买：中国防弹衣，为何能拿下70%全球市场？》，点击标题即可阅读。）

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！