盘点！高性能纸材料在航空航天、轨道交通、医药产业、食品等领域的应用！
在新兴技术的推动下，传统的纸张已经被赋予了新的概念及功能，尤其是纸基功能材料的出现，极大地拓宽了纸材料的应用范围。纸基功能材料，是指以纸为基材，经过某种加工或特殊处理后具有一定功能的薄张材料，又被称为加工纸、特种纸或功能纸。相对于一般的印刷、包装、生活用纸，纸基功能材料需求量相对较少，针对某一特定性能，附加值较高，用途相对特殊。根据用途的不同，可大致分为包装和标签用纸、建筑装饰用纸、食品服务用纸、商务交流用纸、工业用纸、出版印刷用纸、消费类用纸、过滤用纸、安全类用纸、医疗类用纸及电气用纸。
纸基功能材料制造与技术创新主要分三类：①以纸张作为载体，在生产过程中加入具有热、电、光、磁等功能化学品，使材料具有特殊功能；②采用特殊纤维原材料，如芳纶纤维、碳纤维、陶瓷纤维等，通过特殊制造工艺赋予纸基材料新的性能；③对植物纤维进行物理或化学改性，使材料具有特殊使用性能。在航天、轨道交通等领域应用的新型纸材料主要是以特殊纤维原材料为基础，经特殊工艺制作而成新型材料产品。而相较之下，目前医药、食品领域的纸材料属于较为传统的纸材料类型，但结合了新型生物与材料技术的纸产品也在逐渐涌现。
本文对高性能纸材料在航空航天、轨道交通、医药产业、食品等领域的应用情况作简要概述。
（一）航空航天领域高性能纸材料应用情况
高性能纸材料在航空航天领域多用于飞机轻量化的关键架构减重材料、雷达罩材料等。而按照材料类型，航空航天领域内的纸材料多为芳纶产品，包括芳纶纸及芳纶纤维纸制造的蜂窝材料。其中芳纶纸是制造飞机雷达罩的理想材料，而芳纶纤维纸蜂窝材料，更是具备阻燃、耐腐蚀、高强度、轻量化、卓越的隔音降噪性等特点，且比强度是钢的9倍，且高于铝蜂窝，被用于飞机结构件材料。采用芳纶纤维与吸波性能优异的碳纤维，或宽频透波性能优良的石英纤维等无机纤维混杂制作的纸基材料，也可以充分满足航空航天用轻质化要求。目前芳纶纸蜂窝轻质材料已经成功应用于国外飞机中，随着我国大飞机项目的推进，未来芳纶纸蜂窝将在我国迎来巨大的应用空间。
芳纶纸通常由芳纶短切纤维和沉析纤维（芳纶浆粕）按照一定比例经过湿法抄纸工艺成纸，再经热压、成型工艺后制成。其中，成纸中短切纤维主要起到增强作用，赋予芳纶纸较高的抗张强度和抗撕性能；沉析纤维则会影响芳纶纸的绝缘性能，提高成纸的介电性能。
芳纶纸主要有以下性能特点：①机械性能强韧，高拉伸及撕裂强度，耐磨性良好，并具有弹性和柔韧性，可再加工；②电介质强度优良，不添加其他树脂可承受1840kV/mm的短时间电应力；③耐高温性能良好，220℃放置10年，材料仍能保持良好机械性能和电性能；④化学稳定，耐强酸、强碱及绝大多数溶剂，防虫、防霉变；⑤能适应所有油漆、胶粘剂、变压器油、润滑油、制冷剂（-196℃的拉伸强度比室温高）；⑥对潮湿环境不敏感、抗辐射能力强（800MEGARADS的离子辐射8次，仍保持机械强度和电介质强度）；⑦阻燃且高温分解时无毒。
该材料最早由杜邦公司推出，主要有NOMEX和KEVLAR两大系列，其中NOMEX纸基材料起初常应用于军事领域，被作为宽频高透率材料，应用于火控雷达天线罩、敌我识别器透波窗口、红外透波窗口等飞机和导弹的零部件中。目前我国芳纶纸基材料自给率不高，目前，国外供应商主要有美国杜邦、日本帝人等，尤其是杜邦在全球处于垄断地位。国内主要厂家有泰和新材、苏州圣欧以及广州彩艳，虽然国内企业对相关核心技术已经有所把握，但在市场份额上仍落后于国外巨头。
（二）轨道交通领域高性能纸材料应用情况
与航空航天领域类似，轨道交通中应用高性能纸材料也是芳纶纸产品。2014年，国家发改委、财政部、工信部联合印发《关键材料升级换代工程实施方案》，将芳纶纸纳入“先进轨道交通行业急需材料”，而近年来随着我国高铁行业的迅猛发展，芳纶纸产品更是迎来了一轮良好的发展机遇。
依靠其高温防护、电绝缘、高温过滤等特性，芳纶纸蜂窝复合材料广泛应用在高铁及动车的地板、侧壁、天棚、窗户框、行李架和各种橱柜夹层等内部装饰上。
此外，随着我国城市轨道交通及铁路电气化的快速发展，对车载变压器、牵引变压器等相关列车设备也提出了更高的要求，而芳纶绝缘纸凭借其优于普通绝缘纸的性能被广泛应用于轨道交通领域，主要体现在材料减重方面。同时，采用纸板和芳纶绝缘纸制得的混合绝缘材料还可以作为变压器线圈的高温防护材料，我国成都铁路供电系统便采用了应用这种材料的整流变压器，大大降低了运营成本。
（三）医药卫生领域高性能纸材料应用情况
医药卫生用纸材料主要分为功能性纸产品（医药类特种纸）以及包装用纸。功能性纸材料如止血纸、医用纸质胶片、吸油面纸、无尘纸、消毒剂浓度测量纸等。止血纸是以海藻类植物为原料的功能性用纸，因含有藻朊酸而具有止血功能；医用纸质胶片是随着医学影像学的变革发展而来的，在B超、彩超以及X光等部门中得到广泛的应用，除了满足医疗诊断需求，医用纸质胶片还应具有耐磨、防潮、环保等特点。
医用包装用纸包含医用纸塑类、医用皱纹纸类、医用透析纸等。医用纸塑类用纸应符合医用纸包装材料的要求，塑料膜应由两层或多层复合而成，且无针孔类缺陷，适宜体积小、重量轻、单独包装、需通过包装材料观察到内部器械。医用皱纹纸是有纺织纤维或无纺纤维组成联结的纺织品，不包括矿物质纤维。具有抗水、低纤维屑、抗燃、良好的拉伸力和耐破度等特点，可应用于压力蒸汽灭菌及低温环氧乙烷灭菌。医用透析纸除了常规的包装特性外，还需发挥辅助灭菌的作用，医用透析纸可以是高温纸，也可以像特卫强医用包装材料一样涂胶使用。其中涂胶医疗透析纸被广泛用于十字孔塑料灭菌包装袋、纸/纸灭菌包装袋及纸/塑灭菌包装袋的生产上。
近年来，随着医疗水平与材料技术的发展，医药领域用纸制品的创新发展成为新的发展方向。如2017年，中国科学院上海硅酸盐研究所朱英杰团队研发出具有柔韧性和力学性能的新型羟基磷灰石超长纳米线基生物纸，可解决传统生物膜羟基磷灰石超长纳米线的含量问题，可调控生物纸的表面润湿性、膨胀率、水蒸气透过速率以及力学性能，可以作为皮肤创伤修复、骨裂或骨折包扎固定、骨缺损修复等用途的医用纸。
（四）食品领域高性能纸材料应用情况
食品行业的纸制品主要用作包装使用，食品包装是用来防止来自生物、化学和物理等外界因素对食品造成损害的一类包装产品，此前用于食品包装的材料包含纸、金属、塑料及复合材料等。其中，纸制品是最有发展潜力的食品包装材料类型。随着环保、健康压力的增大，传统的羊皮纸、鸡皮纸、玻璃纸、普通食品包装纸等纸制品已经无法满足要求，以功能性纸制品和新型生物产品为原料的纸制品是未来的发展方向，这种功能性纸制品包括：太阳能转换为热能的纸；柔韧、高强、可食用的胡萝卜纸；可保持熟食的香鲜及热度的保温包装纸、食品防腐纸等。生物产品包装纸有豆渣可食包装纸、中草药果蔬保鲜纸、蛋白质涂层包装纸等。