China war einmal von einem einzigen Blatt Papier abhängig. Wie hat China die westliche Monopolstellung gebrochen?

Die Papierherstellung ist eine der vier berühmten alten chinesischen Erfindungen, von der China stolz ist.

Dennoch war China einmal wegen eines bestimmten "Papiers" von westlichen Ländern in der Enge.

Dieses Papier ist Aramidpapier.

Aramidpapier ist kein gewöhnliches Papier, sondern ein polymeres Verbundmaterial.

Obwohl es auf den ersten Blick nicht viel von gewöhnlichem Papier unterscheidet, ist es eines der drei weltweit hochwertigsten Fasermaterialien und trägt den vollständigen Namen "Polyamidfasernpapier".

Aramidpapier

Um Aramidpapier herzustellen, muss man zunächst Aramidfasern herstellen.

Je nach Molekülstruktur gibt es hauptsächlich zwei Arten: Aramid 1313 (PPTA) und Aramid 1414 (PMTA).

Das erste wird auch als Meta-Aramid bezeichnet, das zweite als Para-Aramid.

Die beiden haben ähnliche Strukturen, aber unterschiedliche Eigenschaften und Anwendungen.

Chemische Strukturen der beiden Aramidfasern

Aramidfasern existieren in der Natur nicht und können nur künstlich synthetisiert werden. Die Herstellungsmethoden variieren je nach Typ der Aramidfasern.

Ein relativ ausgereiftes Verfahren ist die Tieftemperaturpolymerisation.

Dieses Verfahren verbraucht wenig organisches Lösungsmittel, die benötigten Reaktionsgeräte sind leicht erhältlich, die Betriebsschritte sind einfach, die Produktivität ist hoch und es wird in vielen Bereichen eingesetzt.

Eine neuere Methode ist die Grenzflächenpolymerisation. Dieses Verfahren ist komplexer, schwerer zu kontrollieren und erfordert höhere Anforderungen an die Geräte, daher ist die Investition größer.

Das US-amerikanische Unternehmen DuPont nutzt die Tieftemperaturpolymerisation, während das japanische Unternehmen Teijin die Grenzflächenpolymerisation anwendet.

Außerdem gibt es noch die Emulsionspolymerisation und die Gasphasenpolymerisation, aber diese werden seltener eingesetzt.

Herstellungsprozess von Aramidfasern zu Aramidpapier

Aramidpapier ist eigentlich ein Vliesstoff.

Man mischt und dispergiert die Aramidfasern, formt sie nass und presst sie dann heiß, um Aramidpapier herzustellen.

Seit seiner Entstehung gilt Aramidpapier als wichtiger Meilenstein in der Materialwissenschaft und wird als "Gold und Juwel der Materialwelt" bezeichnet.

Aramidpapier erbt die Vorteile der Aramidfasern. Seine Stärke ist fünf- bis sechsmal höher als die von Stahl, seine Zähigkeit doppelt so hoch wie die von Stahl, aber sein Gewicht beträgt nur etwa ein Fünftel von Stahl.

Aramidpapier hat auch eine sehr hohe chemische und physikalische Stabilität. Es ist beständig gegen Säuren und Laugen, feuerhemmend, hitzebeständig, rissfest, stoßfest, abriebfest, wenig verformbar, gut isolierend und hat eine lange Lebensdauer...

Diese ausgezeichneten Eigenschaften machen Aramidpapier zum verdienten "Papiergold".

Aramidpapier wurde erstmals während des Kalten Krieges von den Vereinigten Staaten für militärische Zwecke entwickelt.

1967 erreichte das US-amerikanische Unternehmen DuPont die industrielle Produktion des Meta-Aramidmaterials Nomex. Man nutzt hauptsächlich seine feuerhemmenden und hitzebeständigen Eigenschaften für die Isolationspolster von militärischen Geräten.

1972 brachte DuPont das Meta-Aramidmaterial auch erfolgreich in die industrielle Produktion. Man nutzt seine starke Riss- und Stoßfestigkeit zur Herstellung von Verteidigungsausrüstungen, das berühmte Kevlar.

Derzeit sind die Panzerwesten und Helme der US- und britischen Streitkräfte aus Aramidmaterial hergestellt.

Im Vergleich zu Stahlhelmen hat der Aramidhelm eine bessere Wellenabsorption, ist hitze- und kältebeständig, säure- und laugenbeständig, härter als Stahl, aber nur ein Drittel so schwer.

Aramidhelm

Dies hilft sehr bei der Schutz der Soldaten und der Verbesserung der Mobilität bei Einzelkämpfern.

Die Funktion von Kevlar beschränkt sich nicht nur auf die individuelle Schutzausrüstung, sondern auch auf die Rückstoßschutzausrüstung.

Beispielsweise besteht die Schutzhaube des US-amerikanischen M1-Panzers aus einem Stahl-Aramid-Stahl-Verbundmaterial, das gegen Panzerabwehrraketen mit einem Durchmesser von bis zu 700 mm resistent ist.

Im Bereich der Luft- und Raumfahrt ist Aramidpapier eines der am häufigsten verwendeten Spezialmaterialien.

Aramidpapier kann in eine Wabenstruktur geformt werden. Sein Verbundmaterial hat eine starke Wellenabsorption und kann für die Herstellung von Tarnungstechnologiematerialien verwendet werden, damit Fluggeräte der Auffindung durch feindliche Radargeräte entgehen und ihre Überlebenswahrscheinlichkeit erhöhen.

Beispielsweise wird Aramidmaterial für die Flügelhaut des US-Luftwaffen-B-2-Stealth-Bombers verwendet.

US-amerikanischer B-2-Stealth-Bomber

Während des Rückkehrs in die Erde erleiden Raumflugkörper starke Reibung mit der Atmosphäre, was eine Temperatur von 1.000 °C verursacht. Nur wenige Materialien können einer solchen hohen Temperatur standhalten.

Aramidpapier ist als feuerhemmendes und hitzebeständiges Material die beste Wahl.

Außerdem ist Aramidpapier sehr leicht und kann die Gesamtmasse von Raumfahrzeugen erheblich reduzieren.

Man muss bedenken, dass bei der Konstruktion von Raumfahrzeugen jede Kilogramm-Reduzierung etwa 1 Million US-Dollar an Herstellungskosten sparen kann. Aramidpapier ist einfach perfekt!

Kürzlich hat das Unternehmen SpaceX von Elon Musk die Raketenrückgewinnung sehr erfolgreich durchgeführt. Die Falcon 9-Rakete wurde bereits 17 Mal erfolgreich gestartet und zurückgewonnen.

Man kann sagen, dass Elon Musk dem Auftauchen von Aramidpapier dankbar sein sollte.

Falcon 9-Rakete bei der Landung und Rückgewinnung

Im zivilen Bereich gibt es noch mehr Anwendungen für Aramidpapier.

Feuerfestanzüge aus Aramidpapier können bei einer Temperatur von 260 °C 100 Stunden lang verwendet werden und bieten den besten Schutz für Feuerwehrleute vor Hitze.

Das Außenmaterial aus Aramidpapier kann die Energie- und Lärmverluste von Hochgeschwindigkeitszügen effektiv reduzieren und ist auch ein wichtiges Hochtemperaturisolationsmaterial im Inneren von Hochgeschwindigkeitszügen.

Aramidpapier wird auch gerne in der Bauindustrie eingesetzt, z. B. für Dachisolierung, Wärmeisolierung von Stahlkonstruktionswänden, Innenwärmeisolierung und Schallabsorption.

Aramidpapier wird auch häufig für die Herstellung von Booten und Kajaks verwendet. Die meisten Hochleistungs-Kajaks für Wassersportarten bestehen aus Aramidfasern oder einer Mischung aus Kohlenstofffasern und Aramidfasern.

Die US-Küstenwache hat Asbestplatten durch Wabenstrukturen aus Nomex ersetzt, wodurch das Gewicht der Schnellboote um über 9 Tonnen reduziert wurde.

Nach Angaben von Statistiken werden 7 % - 8 % der Panzerwesten und Helme aus Aramidpapier hergestellt, fast 40 % der Luft- und Raumfahrtmaterialien sowie Sportartikelmaterialien enthalten Aramidpapier, und der Anteil von Aramidpapier in Reifenkarkassenmaterialien und Transportbandmaterialien beträgt ebenfalls 20 %.

Von der Zivil- bis zur Militäranwendung, vom Sport bis zur Baustoffindustrie, in allen Bereichen gibt es Aramidpapier.

Ein so wichtiges militärisches und ziviles Material war China jedoch lange Zeit von entwickelten Ländern blockiert.

In den 1960er Jahren war das US-amerikanische Unternehmen DuPont nach der erfolgreichen Industrialisierung der Aramidfasern weltweit führend in der Entwicklung neuer Produkte, der Produktionsgröße und der Marktanteil.

Unter DuPonts vollständigen Vorteilen wurden schnell Aramidpapierprodukte der zweiten und dritten Generation mit höherer Leistung entwickelt.

Mit der neuesten Technologie stellte die US-Regierung unter verschiedenen absurdem Gründen Aramidpapier auf die Exportverbotsliste für China.

Später hat die USA die Beschränkungen etwas gelockert, aber nur auf die minderwertigsten Produkte der ersten Generation. Diese können nicht für militärische Zwecke verwendet werden und eignen sich nur für zivile Anwendungen.

Was noch schlimmer ist, kostete ein A4-blattgroßes Aramidpapier mit einem Kostenpreis von weniger als 20 Yuan einmal bis zu 2.800 Yuan auf dem Monopolmarkt.

Die Blockade der USA brachte China einmal in die passive Lage, "ohne Papier auszukommen".

Aramidpapier begrenzte die Entwicklung Chinas in vielen Bereichen und wurde sogar zum Engpass für Chinas Luft- und Raumfahrt-Informationstechnologie.

Glücklicherweise hat der Staat dieses Problem schon frühzeitig erkannt.

1972 begann China mit der Entwicklung der Aramidfasertechnologie. Es wurden nicht nur Forschungsprojekte stark gefördert, sondern auch Unternehmen mehrmals mit politischen Maßnahmen unterstützt.

Aber aufgrund des Mangels an Fachkräften und Kerntechnologien war der Entwicklungsprozess schwierig.

Im entscheidenden Moment der Lösung der "Engpass"-Technologie müssen wir zwei Wissenschaftler erwähnen.

Die erste, die einen Durchbruch erzielte, ist Professorin Zhang Meiyun von der Shaanxi University of Science & Technology, die auch als "moderner Cai Lun" bezeichnet wird.

Ihr Team hat sich fast 40 Jahre lang mit Hochleistungs-Aramidfasern und papierbasierten Funktionsmaterialien beschäftigt, über 200 hochwertige wissenschaftliche Artikel veröffentlicht und mehr als 40 nationale Patente erhalten. Schließlich legte ihr Team eine solide Grundlage für die Entstehung von chinesischem Aramidpapier.

2007 trat das chinesische Aramidpapier auf den internationalen Markt und brach DuPonts Monopol.

Professorin Zhang Meiyun

Professorin