中国航天和中国高铁，是如何迈过“黄金薄膜”这道坎的？

近期航天动作频频，朱雀三号首飞、资源三号04星发射……在这一切成果的背后，都离不开一种材料——聚酰亚胺。

2013年12月15日，嫦娥三号着陆器与月球车进行了首次互拍成像试验。照片上的月球车和着陆器都有一面五星红旗，这是五星红旗第一次登上月球。月球昼夜温差超过300℃，同时还面临强烈的宇宙辐射，五星红旗要在这种环境下不变形、不脆裂、不褪色，材料至关重要。那嫦娥三号着陆器和月球车上的五星红旗，用的是什么材料呢？用的就是聚酰亚胺。

聚酰亚胺的耐受温区-269~400℃，可以在液氦和熔融铅水中工作；除此之外还有耐辐射、机械性能好等特性，处在高分子塑料性能金字塔顶端。“瓦森纳安排”成立之初，就把这种材料列入了管制清单，相关条目主要是1.A.3，具体形式是薄膜、片材以及带状材料；其中聚酰亚胺薄膜，也被称为“黄金薄膜”。

“黄金薄膜”不仅用于航天，还用于高铁。高铁运行时，发电机温度会升得很高，如果电机绝缘系统耐热等级不够，就可能发生短路造成危险。而高铁电机用的耐热绝缘材料，也是聚酰亚胺薄膜。高性能聚酰亚胺薄膜，过去一直被美国杜邦垄断。在2010年以前，中国能造多少高铁列车，取决于杜邦能供给多少聚酰亚胺薄膜。那么大一个列车，就被那么小一张膜卡着。

1955年，美国杜邦申请了全球第一件有商业价值的聚酰亚胺产品专利。1965年，杜邦的聚酰亚胺薄膜开始商业化生产，商品名是Kapton。进入七八十年代，随着半导体产业发展，聚酰亚胺在电子产业链的应用开始爆发。电子产业发达的日本，开始入局聚酰亚胺薄膜生产。

我国从60年代开始研究聚酰亚胺薄膜，主要力量集中在上海、天津、徐州、哈尔滨，另外还有桂林电器科学研究院和长春应化所。到60年代末，我国已经可以小批量生产聚酰亚胺薄膜。进入70年代，上海革新塑料厂已经有，年产5吨的聚酰亚胺薄膜产能。而桂林电器科学研究院，则与天津绝缘材料厂等单位合作，在1984年生产出了性能与杜邦Kapton H级齐平的产品；并于1993年，在深圳兴邦电工器材有限公司，建成了年产60吨的聚酰亚胺薄膜产能。

但进入21世纪，下游需求迅速扩大，对聚酰亚胺薄膜提出了更高要求。此时一些有经济实力的企业，想通过引进技术、设备，来提升聚酰亚胺薄膜制造水平，也就是常说的“造不如买”。这不失为一个好办法，并且在其他塑料薄膜上也有成功先例。但放到聚酰亚胺薄膜上就行不通了，因为这是一种可以影响国家安全的材料。国内厂商一次次向国外寻求进口，结果不仅没有厂商愿意转让成套技术，最后连高端薄膜也不愿意卖了。

而在迅速扩大的下游需求中，有一项就是高铁。当时杜邦的高性能聚酰亚胺薄膜，一公斤售价高达1000元；同时还要提前6个月报计划，并且付全款；而6个月后，货是否能拿到，还不确定。在这种情况下，我国决定自研。大旗一树，人马便不止一路。中科院化学所于深圳瑞华泰合作，在2010年完成了国家发改委“1000mm幅宽连续双向拉伸聚酰亚胺薄膜生产线”高技术产业化示范工程；另一路人马时代华鑫，也在2017年底建成了国内首条化学亚胺法聚酰亚胺薄膜生产线。

根据瑞华泰2021年发布的招股书，在高性能聚酰亚胺薄膜领域，产能最大的是韩国SKPI，年产能3600吨。而最早从事聚酰亚胺薄膜生产的美国杜邦，年产能是2640吨。瑞华泰当时年产能只有720吨，相差较大。但公司上市募资的用途之一，就是在嘉兴建立1600吨聚酰亚胺薄膜产能；建成后，公司将拥有至少2320吨产能；再加上其它项目，将达到与杜邦同等水平。时代华鑫方面，根据母公司时代新材2017年年度报告，产能是500吨。除此之外，我国从事聚酰亚胺薄膜生产的，还有国风塑业、丹邦科技等公司。

产品覆盖面上，瑞华泰已超越日韩同类企业，达到美国杜邦同等水平。在重点产品上，瑞华泰的耐电晕聚酰亚胺薄膜，已经供货西门子、庞巴迪、ABB和中国中车等知名企业，打破了杜邦在该领域的长期垄断；同时航天级产品，也已经应用于我国运载火箭，填补了国内空白。说到航天级产品，我们再回过头，说说嫦娥三号上的聚酰亚胺红旗。

嫦娥三号的五星红旗，是由中国航天科技集团下属的510所承制的。五星红旗在长距离飞行并着陆月球后，要想鲜艳如新，须经历发射、太空高低温环境、辐射等一系列考验。最后团队多方考虑，选用了聚酰亚胺做红旗基底材料，跟嫦娥一号、二号，热控材料用的是同一种。热控聚酰亚胺薄膜瑞华泰也有，主要是加了石墨。而“瓦森纳安排”管制清单 1.A.3 中，正好也包括含石墨的聚酰亚胺材料；同时该条目又豁免了，用于印刷电路板的产品，可见“瓦森纳安排”瞄准的，大概率也是航天级产品。

嫦娥一号、二号都用了聚酰亚胺热控材料，而嫦娥三号着陆器和月球车，还直接秀了聚酰亚胺红旗，这说明我国航天级聚酰亚胺热控材料，已经不是问题。而到嫦娥六号时，我们的五星红旗又换了种材料——玄武岩！玄武岩纤维工作温区，比聚酰亚胺还宽，而抗拉强度又堪比碳纤维；同时还耐腐蚀，并且永久阻燃。除了以上特性，选玄武岩纤维做红旗还有一个原因，是我国科学家发现月壤成分与玄武岩相似，这意味着我们将来建月球基地，可能会用玄武岩材料。

在2017年科技部印发的《“十三五”材料领域科技创新专项规划》中，含氟密封材料、高性能碳纤维、聚酰亚胺、玄武岩纤维都是重点攻关对象。其中含氟密封材料、高性能碳纤维、聚酰亚胺，都是前面讲过的“瓦森纳安排”管制材料。玄武岩纤维不在“瓦森纳安排”管制之中，原因也很简单——它们这方面真的不强。早在2017年，我国玄武岩纤维生产规模就已经是世界第一，占到了全球47%；俄罗斯排名第二，占比24%；而美国的玄武岩纤维，产能低得难以统计，基本只供军方使用。

西方不管制的，基本都是它们没资格管制的；而西方管制的，我们也慢慢追上来了。这就是五年规划的力量，一个五年接一个五年，不够就再来一个五年……子又生孙，孙又生子，子子孙孙无穷匮……总有一天什么都会有的！