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 隨著電動機、變壓器等電力設備向著大功率、小體積快速發展，對電絕緣組件的力學可靠性、耐高電壓擊穿能力和耐熱性提出了日益苛刻的要求，云母基等高端絕緣材料廣泛應用于工業絕緣領域。目前，國內企業已掌握了中低端的云母基絕緣材料技術，但高端的云母基絕緣材料嚴重依賴于國外進口（例如美國杜邦公司的云母／芳綸微米紙Nomex 818）。近日，湖南大學材料科學與工程學院教授王建鋒團隊仿生設計制備超韌高絕緣云母基納米紙，有望打破這種困境。

高端絕緣材料新時代來臨

王建鋒團隊研發出這種高端的云母基納米紙材料：以芳綸微米纖維和云母為原材料，制備出云母基納米紙（又稱芳綸紙）。其斷裂應變能力是目前文獻報道的所有仿貝殼薄膜材料的4倍至240倍，其韌性是目前文獻報道的所有仿貝殼薄膜材料的6倍至220倍，高電擊穿強度每毫米達164KV，熱分解溫度達565℃，性能大大超過了國外的各種云母基絕緣材料。

這些優異的力學性能與高電壓擊穿強度（164 KV／mm）、良好的耐熱性（玻璃化轉變溫度268 ℃，熱分解溫度565 ℃）、阻燃性、耐有機溶劑性能有效集成，顯著超過了國外的各種云母基絕緣材料。該云母基納米紙的拉伸強度是杜邦公司云母／芳綸微米紙Nomex 818的5倍，斷裂應變是Nomex 818的45倍，耐電擊穿強度是Nomex 818的5．5倍，耐熱性能與Nomex 818相當。

受貝殼珍珠層啟發，王建鋒團隊將仿貝殼結構的理念用于云母基絕緣紙這一應用領域；實驗上，將課題組最近發明的溶膠－凝膠－薄膜轉換技術用于云母基納米紙的制備。在表征該云母基納米紙的微觀結構、界面相互作用、裂紋擴展模式的基礎上，結合其宏觀拉伸性能，分析了微觀結構與宏觀力學性能之間的關系，證實三維芳綸納米纖維框架和云母納米片之間的耦合是大應變和高韌性的主要原因。云母納米片和芳綸納米纖維這兩種組份材料具有固有的電絕緣性、耐熱性、阻燃性、耐溶劑性，賦予云母基納米紙優異的多功能特性；而且，高長徑比納米云母的二維幾何結構、均勻的層狀復合結構以及強韌的力學性能增加了云母基納米紙的抗電壓擊穿能力。

為使得這種云母基納米紙材料工業化生產成為可能，王建鋒還自行設計加工了一套裝置（該裝置主要由注射系統、口模、水槽和傳送帶組成），可連續化制備出云母基納米帶，證明了該溶膠－凝膠－薄膜轉換技術在工業生產上具有良好的可擴展性，使得這種技術可廣泛應用于工業生產。

王建鋒教授這項“造紙術”已申請發明專利，相關研究成果發表在國際納米材料領域權威期刊《美國化學學會·納米》上。這不單單是實驗室環境的技術驗證，而是實現了間歇式大面積制備，實現大規模量產在技術上已經不成問題。其在未來商業的成功，不但也能提高國內生產企業的技術水平和產品附加值，也能為我國在“納米紙”乃至整個芳綸行業上爭奪話語權，特別是中美貿易戰激戰正酣的大環境下。由于芳綸紙大量使用在航空、航天、船舶、電子等領域內雷達罩、次受力結構部件、絕緣隔熱等零部件，在國防材料上占有舉足輕重地位，從某種程度上講，我國高科技發展受到的高端特殊材料的限制壓力，絲毫不比受制于芯片等高科技核心技術的壓力小。但與高投入、研發周期長、系統性強的高端核心技術相比，憑借單項技術突破實現高端絕緣材料產業的跨越式發展則相對容易。

有報道稱日本有一種成本20元的芳綸紙，銷售到中國價格在1000－2500元之間。對國內企業來說無法取得技術突破，就得默默承受幾十倍乃至上百倍的溢價之痛。目前，國內間位芳綸和對位芳綸有效產能分別為1萬噸／年和5500噸／年，其中對位芳綸國內需求量超過1萬噸／年，進口依賴度較高。和實驗室研究的技術突破讓我們看到國產替代的希望一樣，國內相關企業的快速成長也讓我們為之振奮。

國內芳綸行業龍頭企業泰和新材，近年來一直積極布局芳綸紙業務，最近收購民士達特種紙業股份有限公司（民士達擁有芳綸紙產能2200噸／年，目前年產量大約500噸，擁有ABB、中航工業集團、中國中車在內的國內外200多家優質客戶客戶）65．02％股權、非公開發行股票募集不超5億元配套資金，其芳綸纖維產業鏈日趨完善，盈利能力持續釋放。其2019年報顯示，受益于芳綸兩大業務板塊（間位、對位）的增長，公司芳綸業務實現收入10．10億元（占比全年總營收39．72％），同比增長10．00％，對應產品毛利率約44．22％，同比去年增加6．81％，其借助滿產滿銷的芳綸業務一舉逆轉其氨綸主業下行周期帶來的虧損壓力。目前其新建的對位芳綸新產能目前已經投放，已擁有間位、對位芳綸產能分別為7000噸／年和4500噸／年。另據泰和五年規劃，其對位、間位芳綸均將擴產至1．2萬噸。

隨著國內企業的加速布局，芳綸產業不斷向下游逐漸延伸，高性能芳綸纖維產業鏈會逐漸完善。在企業不斷加強相關研發投入、擴張產能之外，借助高校和科研院所的在前沿技術的研究成果通過產學研的方式，實現技術優勢和規模優勢的有效對接，方能逐步實現進口替代，開啟高端絕緣材料的新時代。