七年磨一纸:刘瑞欣团队攻克芳纶无纺纸国产化难题
从实验室里反复失败的一张薄纸,到具备稳定性能的国产芳纶无纺纸;从最初的材料配方探索,到斜网湿法成形、热压定型和中试验证,刘瑞欣和团队用了七年时间,走完了一条从基础研究到产业化落地的艰难道路。
近日,由刘瑞欣负责推进的高性能芳纶无纺纸项目在咸阳高新区完成产业化布局。项目依托陕西星诺纸基新材料科技有限公司,面向航空航天、电气绝缘和高端装备制造领域,开展轻量化、耐高温、高强度芳纶无纺纸的研发与生产,为长期依赖进口的高端纸基材料提供国产化解决方案。

图1 刘瑞欣展会推广芳纶无纺纸
从“一张纸”开始的七年攻关
2019年,刘瑞欣开始接触芳纶纸基材料。看似普通的一张纸,背后却涉及纤维分散、湿法成形、界面结合、热压定型和连续化生产等一系列复杂技术。
与普通植物纤维不同,芳纶纤维表面光滑、化学惰性强,在水中容易缠结和团聚。尤其是在制备低克重、超薄型芳纶无纺纸时,纤维分散不均会直接造成纸页厚薄不一、孔洞和断裂;热压条件控制不当,又会引起材料收缩、脆化或强度不足。
“实验室里做出一张纸并不难,难的是连续做出一批性能一致、能够真正用于工程装备的纸。”刘瑞欣说。
为了提高芳纶纤维之间的结合能力,团队围绕纤维表面活化、浆料分散、斜网湿法抄造和多级热压工艺展开系统研究。七年间,团队不断调整纤维长度、浆料浓度、分散方式、上网速度、脱水强度和热压参数,仅不同工艺组合便进行了大量重复验证。
在最困难的阶段,刚刚成形的湿纸页常常在转移过程中断裂,有时整批样品会因为克重波动或局部缺陷而全部报废。团队只能逐项拆解问题,从纤维分散状态、流浆稳定性到网部脱水过程,一点点寻找原因。
斜网抄造破解均匀成形难题
传统造纸设备主要面向木浆纤维,难以直接满足芳纶短纤维低浓度、长纤维和易絮聚的成形要求。为此,团队将斜网湿法抄造技术引入芳纶无纺纸制备过程。
在斜网成形过程中,经过充分碎解和分散的芳纶短纤维、芳纶浆粕及功能性纤维,以低浓度浆料形式均匀输送至流浆系统,在倾斜成形网上完成定向铺展和连续脱水。相比普通成形方式,斜网技术更有利于长纤维均匀分布,可减少纤维团聚,提高薄型纸页的克重稳定性和结构一致性。
成形只是第一步。湿纸页还要依次经历真空脱水、湿压榨、连续干燥和高温热压光。团队通过多段协同控制,使纤维网络由疏松搭接逐步转变为致密、连续且稳定的纸基结构,在保持轻量化的同时,提高了材料的力学强度、耐温性能和尺寸稳定性。
经过持续攻关,团队逐步形成了“纤维表面活化—低浓度均匀分散—斜网湿法成形—多级热压增强”的成套技术路线。
从实验室样品走向工程验证
2022年,陕西星诺纸基新材料科技有限公司成立,项目由实验室研究正式转入产业化推进阶段。2024年,团队完成中试工艺验证,并围绕不同使用场景开发出AF-UT系列芳纶无纺纸产品。
其中,AF-UT-20主要面向航空复合材料和胶膜支撑层,突出低克重、均匀性和浸润性能;AF-UT-30则侧重耐磨、耐热和结构增强,可用于工业复合材料及高端装备相关领域。
目前,相关产品已进入工程化应用验证阶段。与实验室样品相比,产业化产品不仅需要满足强度、厚度和耐温等指标,还必须解决批次稳定性、连续生产适应性和下游复合工艺匹配等问题。
“国产化不是简单地把产品做出来,而是要让客户敢用、能用,并且能够长期稳定地使用。”刘瑞欣表示,“真正的技术突破,不是在实验室里得到一个最好数据,而是把这个数据变成可以重复生产的产品。”
扎根咸阳,融入陕西航空产业链
选择在咸阳高新区落地,是团队产业化布局的重要一步。咸阳毗邻西安和阎良航空产业集群,周边聚集了航空设计、装备制造、复合材料和零部件配套企业,为芳纶无纺纸的技术验证、产品开发和市场应用提供了良好的产业基础。
未来,项目将进一步完善芳纶纤维分散、斜网连续成形、高温热压和在线检测等生产环节,重点提升产品的薄型化、均匀性和批次稳定性,并围绕航空蜂窝芯材、胶膜支撑层、电气绝缘和耐高温复合材料等方向拓展应用。
从2019年的实验室探索,到2026年的产业化落地,七年时间里,刘瑞欣和团队始终围绕一张芳纶无纺纸不断试验、修正和突破。
这张纸很薄,却承载着高端材料国产化的重量。
在刘瑞欣看来,七年并不是终点,而是国产芳纶无纺纸真正走向工程应用的起点。
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