在東華大學材料學院樓一間辦公室的窗上,貼著一張泛黃的紙片。不明就里的或許以為是遮陽用的。其實這就是目前我國高性能纖維家族的新寵兒——間位芳綸(也稱芳綸1313)制成的紙。貌不驚人的間位芳綸紙能耐受200℃以上的高溫,高于此溫度則會碳化分解形成隔熱層,由于其兼有紙質的輕薄和面料的可紡等特點,若用作電器絕緣材料,不僅可大大提升機電產品的性能,而且還能使之瘦身減重,屬于革命性的新型材料,可被廣泛用于航空航天、國防、電子通訊等領域。多年來,此類高端產品的規模生產一直因技術開發難度大等原因,被少數發達國家技術封鎖和市場壟斷。面對這一難題,東華大學胡祖明教授團隊聯合企業持續攻關,從小試、到中試,直至投產,直接經濟效益近4億元。2009年初,東華大學《間位芳綸及絕緣材料產業化關鍵技術》成果一舉奪得上海市科技進步獎一等獎,為此記者專門對項目負責人、東華大學胡祖明教授進行了采訪。
急國家所急 實驗室里實現“中國制造”
“早在90年代初,我國化學纖維的生產量就是世界第一了,占世界的1/3。但當時高性能纖維的產業化幾乎為零”,胡祖明回憶道,有一組數據一直讓他們這些纖維領域的研究者刻骨銘心,“當時我國2000萬噸普通化學纖維的利潤只相當于發達國家一家公司6萬噸高性能纖維的利潤!更為重要的是高性能纖維產業化的空白也嚴重影響了我國航空航天、國防軍事等領域的升級換代。”“從那時起,我們東華大學的相關團隊就開始決心對高強高膜聚乙烯、碳纖維、芳綸這世界公認的三大高性能纖維產業化課題進行攻關”。
面對間位芳綸相關材料和技術的國外長期封鎖,整個團隊只有從零開始,披荊斬棘走“從原料到裝備,從技術到工藝都是中國制造”的自主研發之路。“可以說是壓力很大、困難重重....”胡祖明回想這些年的攻關之路仍感慨萬千。
聚合工藝方面沒有現成的裝置,他們就對設備重新設計,采取高效剪切的聚合裝置解決了系列難題。該項目的所有裝備都是他們根據國內的設備加工能力,自己設計框架,請單位加工而成的。雖然冒了很大的技術風險,但結果證明:中國制造“行”!通過紡絲工藝的調整,他們取得了性能可與進口產品相媲美的芳綸1313纖維。在間位芳綸紙的制備方面,通過研究短切纖維和沉析纖維的配比、混合工藝及打漿度,解決了纖維在水中穩定均勻分散的難題。終于,在實驗室的小試成功,讓和化纖打交道二十多年的團隊成員們心里有了底。
“產業化過程中每道都是坎兒”
要走產業化之路,必須與企業構筑持續的產學研聯盟。小試成果被上海某企業相中后,胡祖明這個一直和化纖打交道的學院派博導,開始率領團隊與企業密切合作,探索起間位芳綸紙規模制造的新嘗試。
在接受記者采訪時,胡祖明多次提到實驗室與工業化的區別。實驗室不可能把工業化過程中潛在的問題都模擬暴露出來。就拿原料來說,試管里小計量的1:1配比反應,和實際生產中以立方計的1:1配比反應,效果完全不同。要真正實現工業化生產,這些問題都必須重新逐個解決。胡祖明與團隊商量決定先從中試做起,經過一個個難關的克服,大半年后中試成功,這就降低了下一步大規模生產的風險。在大規模投產的同時,他們并沒有停下中試機器,而是安排繼續生產,目的是暴露并解決問題。因為整個過程只要有一點失敗,就不能實現工業化生產。
“開展科學研究,也許一篇論文有一個亮點就是一篇好論文,而項目的工業化有一個難點跨不過,就只能是失敗......”。結合解決制漿過程的原料分散問題、熱壓工藝優化等等,胡祖明形容為“每道都是坎兒”。經過數不清的實驗,課題組自主開發了整套的間位芳綸絕緣材料生產工藝,設計了與新工藝配套的新設備,并建立了多個間位芳綸紙(絕緣材料)生產線。這些生產線自投產以來,銷售率高達100%,在經濟、技術、和社會貢獻度等方面的成績令人矚目。