一次性滅菌之后采用航天“軟玻璃”封裝，無需任何添加劑，就能讓食品長久保鮮；如果輸液吊瓶不用玻璃瓶而是改用航天“軟玻璃”制作，也能使其中的藥液保質(zhì)期長達一年……這是厚度僅為12微米、由中國航天科技集團有限公司五院510所自主研發(fā)的“柔性透明高阻隔膜”所能達到的效果。它被譽為“軟玻璃”，是航天技術(shù)轉(zhuǎn)民用的“經(jīng)典之作”。作為食品包裝時，好似為食品穿了一層透明盔甲，可以最大限度地阻隔空氣進入，既能讓食品“保鮮保香”，自身又是安全環(huán)保的。

航天“軟玻璃”為什么這么神奇？它又有著怎樣的前世今生？記者近日就此采訪了該項技術(shù)成果的研制團隊主要成員：中國航天科技集團有限公司韓仙虎、蔡宇宏、董茂進和秦麗麗。

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航天“軟玻璃”長什么樣？

“在食品、藥品包裝領(lǐng)域，包裝材料對阻水、阻氣的要求越來越高。目前國內(nèi)市場的高阻隔材料已經(jīng)發(fā)展到第三代。”據(jù)蔡宇宏介紹，第一代用于食品藥品包裝的阻隔材料塑料膜（如PE、PET等）阻隔性較低；第二代主要是像薯片包裝袋這樣的鋁箔和在各種塑料基底上的鍍鋁膜雖然制備技術(shù)成熟，阻水、阻氧較好，但有不透明、不易回收、柔韌性差等缺陷，這兩代包裝材料在使用中均有限制?！拔覀兊摹嵝酝该鞲咦韪裟ぁ簿褪恰洸ＡА瘜儆诘谌咦韪舨牧??！辈逃詈暾f。

記者看到，用航天“軟玻璃”做成的包裝膜，外觀和普通的塑料薄膜一般無二。但蔡宇宏告訴記者，實際上，它是三層結(jié)構(gòu)，里層是食品接觸層，中間層是航天“軟玻璃”，最外層是印刷層。該團隊錄制的一段視頻足以證明“軟玻璃”阻水、阻氣的絕佳效果：將買來的一塊豆腐一分為二，分別用普通塑料袋和“軟玻璃”包裝，一周后，普通塑料袋已出現(xiàn)漲袋，袋內(nèi)的豆腐已發(fā)黃發(fā)灰變質(zhì)了，而“軟玻璃”包裝的豆腐仍然新鮮如初。

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宇航技術(shù)轉(zhuǎn)民用，并且已經(jīng)形成量產(chǎn)

“我們的這項技術(shù)最早是我所一項自主研發(fā)的宇航技術(shù)， 用在包裹暴露于外太空的空間站板間電纜的防護涂層上，以防護原子氧?！表n仙虎說。

在國際上，高端食品、藥品的包裝趨于使用第三代高阻隔膜?，F(xiàn)在國內(nèi)市場上的該類阻隔膜以進口產(chǎn)品為主，但只提供產(chǎn)品，價格昂貴。

“我所基于空間站板間電纜原子氧防護技術(shù)的成熟應(yīng)用，自2016年開始，創(chuàng)新性地將該技術(shù)成果轉(zhuǎn)化到第三代高阻隔膜產(chǎn)品開發(fā)中?！表n仙虎告訴記者，在中國航天科技集團公司、五院和510所產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新政策的支持下，先后組建了專職研究團隊，進行了相關(guān)裝備開發(fā)和工藝研究。

“具體來說，就是在一層聚酯膜（PET）基材上，采用化學(xué)氣相沉積的方法，把我們的材料鍍上去?！毕啾蠕X膜，航天“軟玻璃”透明了，抗彎折、耐搓揉。蔡宇宏說，根據(jù)他們此前的市場調(diào)研，第三代高阻隔膜在燕窩、魚子醬、白松露等高端食品的包裝上都有市場需求。

“這個轉(zhuǎn)化過程是一項難度極高的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新工作，可借鑒參考的內(nèi)容極少，我們像是在‘無人區(qū)’闖蕩?！?/p>

“鍍膜行業(yè)有句行話，‘基底是鍍膜工藝的靈魂’。用在空間站板間電纜和用在食品藥品包裝的基底是不同的，基膜換了，膜系設(shè)計和工藝試驗就完全不同了?！辈逃詈暾f，如何讓涂層在基底上“長”得更牢，彎折時不剝落……，是當(dāng)時所面臨的一系列技術(shù)困難。除了保證阻氧率和阻水率等核心指標(biāo)達到要求，在產(chǎn)品表觀、霧度、光透過率等方面還需要與包裝行業(yè)國標(biāo)要求相匹配。此外，作為宇航產(chǎn)品時要保證其高可靠性，但作為軟包裝時需要控制成本，所以對設(shè)備和鍍膜工藝的成本控制和批量生產(chǎn)穩(wěn)定性提出了更高要求。

從試驗產(chǎn)品、設(shè)備、工藝、小試、中試……逐一改進?！板兡び性S多參數(shù)需要調(diào)整，參數(shù)與參數(shù)又構(gòu)成了許多不同的序列、組合和矩陣，都需要我們不斷地試錯，調(diào)整研究方向。”歷時4年，終于在2020年建成國內(nèi)首條透明氧化物高阻隔膜生產(chǎn)線。到2023年，已擁有兩條生產(chǎn)線，均建在經(jīng)濟活躍和上下游產(chǎn)業(yè)鏈銜接緊密的長三角地區(qū)。

量產(chǎn)一號線在無錫，技術(shù)團隊在蘭州。為了打破原有技術(shù)壁壘，構(gòu)建新的卷繞張力、真空放電、真空優(yōu)化、機械維修等高阻隔膜批產(chǎn)技術(shù)體系，2023年，項目團隊從工藝驗證設(shè)備開始，轉(zhuǎn)戰(zhàn)洛陽、無錫、蘭州，周末無休，出差多達200余天。需要完成的工作太多，團隊中的每個人都盡力克服困難“頂”上去。調(diào)試時，必須保證做完一個工藝時間，如果其間調(diào)整了參數(shù)，時間又要重新計算，凌晨兩三點還在工作是常事，更別說飯點混亂了。在生產(chǎn)線連續(xù)“跑膜”測試的時候，每個關(guān)鍵工藝驗證節(jié)點上都要保證24小時有人“盯”，大家連軸轉(zhuǎn)更沒有辦法休息。

“2020年，我們制造出了產(chǎn)品，但當(dāng)時只是建成了一條中試生產(chǎn)線。2023年那么‘拼’，是我們根據(jù)市場和客戶需求對批量化生產(chǎn)能力進行了提升?！倍M告訴記者，2023年的努力，換來了生產(chǎn)效率提高25%~50%，同時產(chǎn)品品質(zhì)得到提升，表觀更加平整光滑。此外，團隊還對設(shè)備的核心部件和工藝的矩陣進行了優(yōu)化迭代。最終，實現(xiàn)了設(shè)備和工藝的匹配，還可以根據(jù)產(chǎn)品不同的指標(biāo)要求進行調(diào)整。

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向更高標(biāo)準(zhǔn)的新“賽道”發(fā)起沖擊

記者在510所高阻隔膜測試評價實驗室看到了一種測試水蒸汽透過率的設(shè)備。據(jù)秦麗麗介紹，這臺儀器可以模擬包裝袋外的水蒸氣向袋內(nèi)滲透進去的全過程。用它測試分析后，作為食品藥品包裝的航天“軟玻璃”水和氧的透過率均不超過每天0.5克（毫升）每平方米，這在行業(yè)內(nèi)已經(jīng)是非常高的指標(biāo)了。“普通聚酯膜的阻隔性能大概是每天每平方米透過四五十克，現(xiàn)在的阻隔性能差不多是原來的100倍。”

“目前國內(nèi)嘗試研發(fā)‘軟玻璃’的只有為數(shù)不多的幾家，真正能實現(xiàn)批量化供應(yīng)的只有我們一家?！辈逃詈旮嬖V記者，按照所里“生產(chǎn)一代，研發(fā)一代”的發(fā)展思路，航天“軟玻璃”除了應(yīng)用于高端食品、藥品包裝，團隊還對標(biāo)國際先進封裝技術(shù)，深耕有機物真空鍍膜關(guān)鍵技術(shù)研究，開發(fā)工業(yè)封裝用超高阻隔膜，提升產(chǎn)品附加值。其中一項是對量子點顯示器的工業(yè)封裝。據(jù)了解，量子點顯示器屬于創(chuàng)新半導(dǎo)體納米晶體技術(shù)，可以準(zhǔn)確輸送光線，讓色彩更加純凈鮮艷。其核心是直徑在2至10納米之間的顆粒受到光電刺激時會根據(jù)顆粒直徑的大小不同而激發(fā)出不同顏色的單色光。這種顯示器很“怕”進氣受潮，所以也需要在晶粒外做一層防護膜，它的指標(biāo)要求遠高于食品、藥品包裝，“幾乎又是百倍的提升”。

該團隊瞄準(zhǔn)量子點顯示、柔性薄膜電池、OLED等領(lǐng)域的應(yīng)用需求，從2021年開始向工業(yè)封裝膜方向突破，到目前，已研發(fā)出實驗室小試設(shè)備和樣品，目前產(chǎn)品已通過量子點顯示用戶的性能測試和試用驗證。

“高阻隔膜”不僅僅是一款高科技產(chǎn)品，它更可能已經(jīng)在創(chuàng)造一種未來“智慧+”的包裝方式。阻隔膜產(chǎn)品不僅在包裝食品方面綠色環(huán)保、安全可靠，在“柔性+”電子產(chǎn)品領(lǐng)域，憑借其可彎折、高阻隔、透明，可能將完全顛覆我們的生活，顛覆傳統(tǒng)電子產(chǎn)品的使用形態(tài)，使智能穿戴更舒適、更易被人接受。

蘭州日報社全媒體記者 何燕 實習(xí)生 劉弘婧 文/圖

責(zé)任編輯：王旭偉