在东华大学材料学院楼一间办公室的窗上,贴着一张泛黄的纸片。不明就里的或许以为是遮阳用的。其实这就是目前我国高性能纤维家族的新宠儿——间位芳纶(也称芳纶1313)制成的纸。貌不惊人的间位芳纶纸能耐受200℃以上的高温,高于此温度则会碳化分解形成隔热层,由于其兼有纸质的轻薄和面料的可纺等特点,若用作电器绝缘材料,不仅可大大提升机电产品的性能,而且还能使之瘦身减重,属于革命性的新型材料,可被广泛用于航空航天、国防、电子通讯等领域。多年来,此类高端产品的规模生产一直因技术开发难度大等原因,被少数发达国家技术封锁和市场垄断。面对这一难题,东华大学胡祖明教授团队联合企业持续攻关,从小试、到中试,直至投产,直接经济效益近4亿元。2009年初,东华大学《间位芳纶及绝缘材料产业化关键技术》成果一举夺得上海市科技进步奖一等奖,为此记者专门对项目负责人、东华大学胡祖明教授进行了采访。
急国家所急 实验室里实现“中国制造”
“早在90年代初,我国化学纤维的生产量就是世界第一了,占世界的1/3。但当时高性能纤维的产业化几乎为零”,胡祖明回忆道,有一组数据一直让他们这些纤维领域的研究者刻骨铭心,“当时我国2000万吨普通化学纤维的利润只相当于发达国家一家公司6万吨高性能纤维的利润!更为重要的是高性能纤维产业化的空白也严重影响了我国航空航天、国防军事等领域的升级换代。”“从那时起,我们东华大学的相关团队就开始决心对高强高膜聚乙烯、碳纤维、芳纶这世界公认的三大高性能纤维产业化课题进行攻关”。
面对间位芳纶相关材料和技术的国外长期封锁,整个团队只有从零开始,披荆斩棘走“从原料到装备,从技术到工艺都是中国制造”的自主研发之路。“可以说是压力很大、困难重重....”胡祖明回想这些年的攻关之路仍感慨万千。
聚合工艺方面没有现成的装置,他们就对设备重新设计,采取高效剪切的聚合装置解决了系列难题。该项目的所有装备都是他们根据国内的设备加工能力,自己设计框架,请单位加工而成的。虽然冒了很大的技术风险,但结果证明:中国制造“行”!通过纺丝工艺的调整,他们取得了性能可与进口产品相媲美的芳纶1313纤维。在间位芳纶纸的制备方面,通过研究短切纤维和沉析纤维的配比、混合工艺及打浆度,解决了纤维在水中稳定均匀分散的难题。终于,在实验室的小试成功,让和化纤打交道二十多年的团队成员们心里有了底。
“产业化过程中每道都是坎儿”
要走产业化之路,必须与企业构筑持续的产学研联盟。小试成果被上海某企业相中后,胡祖明这个一直和化纤打交道的学院派博导,开始率领团队与企业密切合作,探索起间位芳纶纸规模制造的新尝试。
在接受记者采访时,胡祖明多次提到实验室与工业化的区别。实验室不可能把工业化过程中潜在的问题都模拟暴露出来。就拿原料来说,试管里小计量的1:1配比反应,和实际生产中以立方计的1:1配比反应,效果完全不同。要真正实现工业化生产,这些问题都必须重新逐个解决。胡祖明与团队商量决定先从中试做起,经过一个个难关的克服,大半年后中试成功,这就降低了下一步大规模生产的风险。在大规模投产的同时,他们并没有停下中试机器,而是安排继续生产,目的是暴露并解决问题。因为整个过程只要有一点失败,就不能实现工业化生产。
“开展科学研究,也许一篇论文有一个亮点就是一篇好论文,而项目的工业化有一个难点跨不过,就只能是失败......”。结合解决制浆过程的原料分散问题、热压工艺优化等等,胡祖明形容为“每道都是坎儿”。经过数不清的实验,课题组自主开发了整套的间位芳纶绝缘材料生产工艺,设计了与新工艺配套的新设备,并建立了多个间位芳纶纸(绝缘材料)生产线。这些生产线自投产以来,销售率高达100%,在经济、技术、和社会贡献度等方面的成绩令人瞩目。