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想不到!500℃的明火都烧不着的纸,竟然是高铁“心脏”里的绝缘材料?
来源:科普中国 阅读:345 时间:2023-08-16 10:52

牵引传动系统是高速铁路的重要组成部分,是机械能和电能转换的关键。让高铁维持高速运行的牵引电机,堪称高铁的“心脏”。而制造它的关键,就是耐电强度高、耐高温还能防火阻燃的绝缘材料芳纶纸。

一张纸,和高铁能有什么关系?纸张不是易燃材料吗?

芳纶纸,可不是普通的纸,它如此“硬气”的原因是其主要原料芳纶纤维——同等质量前提下,芳纶纤维的强度是钢铁的5倍左右。


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芳纶绝缘纸

图片来源:株洲时代新材料科技股份有限公司官网

01 号称“可以造火箭”的芳纶纤维到底是什么?

芳纶纤维全称为“芳香族聚酰胺纤维”,上世纪60年代,芳纶纤维最早由美国杜邦公司研发成功,并成功实现了芳纶纤维产业化。

对位芳纶纤维研制的系列“纸”可以制备蜂窝夹层复合材料,具有比重轻、比强度和比刚度高、抗冲击、优异的隔音隔热阻燃性能,良好的高温稳定性和透电磁波性能等特点,是国家重大工程迫切需求的战略材料。

长期以来,高端芳纶材料被国外企业垄断,我国长期受制于人,每年都要为此支付巨额“开支”。为了真正掌握竞争和发展的主动权,在20世纪末21世纪初,我国开始了对芳纶纸的研究。

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芳纶蜂窝纸

图片来源:株洲时代新材料科技股份有限公司官网

02 非遗手法为高科技材料打上“中国制造”烙印

非遗,怎么又和这尖端科技扯上了关系?殊不知,从芳纶纤维变成芳纶纸,运用的正是蔡伦古法造纸技艺中的湿抄法。

公元105年,东汉蔡伦改进造纸工艺,造出了物美价廉的纸张,人类文明从此向前迈进一大步,造纸术也成为我国四大发明之一。

在国产芳纶材料的研发生产之路上,科研人员对传统的“捣”“抄”等技术进行了创新和发展,开展了从单项材料开发、绝缘系统设计到样机生产验证等一系列工作,自主化芳纶纸最终实现综合应用性能与进口材料处于同等技术水平。

2019年,第一批由株洲时代华先材料科技有限公司研发制造的芳纶纸正式投产,突破了水力式流浆箱成形技术和高温辊压的技术,实现自主芳纶纸在高铁动车、航空航天等重大领域的工程化应用及国产化替代,推动我国在新材料瓶颈领域的创新与突破。目前,中国中车芳纶纸已在动车组、机车、地铁牵引电机上批量应用。

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高铁牵引电机。图片来源:央视频

前不久,相关科研人员也在央视节目《非遗里的中国》系统介绍了自主化芳纶纸在轨道交通牵引动力装备的应用。

现场实验显示,用芳纶纸制成的蜂窝,不但能耐500℃高温,而且由于蜂窝形态强度大,甚至能经受住重型卡车轧过去的考验!20吨卡车辗轧也毫无损坏。

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主持人同时点燃普通纸和芳纶纸,发现芳纶纸离火即灭。

动图来源:央视频

如今,在科研人员的努力下,已实现高性能芳纶绝缘纸、芳纶蜂窝纸的国产化自主研制,让这薄薄一张“纸”在轨道交通、航空航天、新能源等高精尖领域广泛应用,非遗传统与现代的交融,更是让我们从古老的智慧中收获了骄傲与自信。

致敬了不起的中国科研工作者!

综合来源:央视频、科技日报、湖南日报等