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瞿金平:跟螺杆较劲的院士 三次获国家科技奖
来源:办公室    日期:2016年1月19日

瞿金平: 跟螺杆较劲的院士

文·通讯员 王丹平 祝和平  本报记者 滕继濮

 

 

中国工程院院士、华南理工大学聚合物新型成型装备国家工程研究中心主任、聚合物成型加工工程教育部重点实验室主任

1月8日,2015年度国家科学技术奖励大会在人民大会堂隆重举行。华南理工大学瞿金平院士团队主持完成的成果“基于拉伸流变的高分子材料绿色加工成型技术”获得国家技术发明二等奖。

这是瞿金平院士第三次获国家科技奖。因为国家科技奖的激励作用,使得他能够把研究持续地开展下去。谁也不曾想到,仅仅是利用上次获得的五十万元人民币的奖金,他的新技术就颠覆了塑料加工机械100多年都未曾离开过的基于剪切流变的螺杆加工原理,酝酿塑料加工机械及相关行业一场技术升级换代“风暴”,预计可以创造出一个上百亿元的行业产值。

用五十万元干点大事

螺杆作为塑料生产行业人所共知的代表性零部件,从塑料诞生的那天起就与之如影随形,为塑料工业及相关产业的发展立下了汗马功劳。然而,螺杆的长度越长,塑料加工机械的能耗越大,螺杆加工制造越困难。随着塑料品种不断增加和制品要求不断提高,螺杆的长度是越来越长。

从上世纪九十年代初开始瞿金平一直致力于缩短螺杆的研究与探索,在国际上率先将周期性变化力场引入螺杆塑化加工过程,提出塑料动态塑化加工成型方法及原理,发明并产业化成功塑料动态塑化加工设备,缩短了螺杆。但是螺杆加工基于剪切流变的原理实质没有改变,这也造成了塑料生产行业始终难以摆脱“电老虎”标签的根源所在。

如何降低加工能耗,怎样使塑料可以多次循环利用且性能尽可能得到保持呢?这些问题从2006年获得“国家科技进步奖”二等奖后学校颁发的五十万元奖励开始,始终萦绕在瞿金平脑海中。

“当时就想着,五十万元分给大家的话也就没太大意思了,还不如集中起来干点大事。”瞿金平回忆起几年前的那段往事,依然信心满怀。经过大家的举手表决,一致同意把这笔奖金就用做解决制约塑料生产行业可持续发展面临的能源、资源、环境等瓶颈问题上。

大道至简的潮汕牛肉丸

“起初大家还想着怎么样进一步缩短螺杆长度以减少物料的输送距离以及受热历程,甚至试过以一条螺杆为中心,十条螺杆为辅助的办法,但是越深入研究我们越发现,如果继续围绕螺杆兜圈子,我们就很难再往前迈进了。”瞿金平用胳膊在面前横着重重的往下摆了一下,似乎做出了某种重大决定。

从学术上讲,螺杆靠给物料施加具有“剪刀差”的剪切形变而工作的,同时物料也承受了少量拉压形变的作用。过去十几年在研究塑料动态塑化加工过程中发现,螺杆之所以能缩短是由于其轴向振动增加了对物料的拉压形变作用。如果反其道而行之,塑料加工时主要承受拉压形变作用,而剪切形变作用是次要的,是否就可以不需要螺杆呢?一个大胆的设想就这么诞生了。

“这就是我提出以拉伸流变为主导的塑料塑化输运机理的背景。”瞿金平说。“拉伸流变”太深奥了,不好理解,你是否吃过颇具广东特色的潮汕牛肉丸?是不是越吃越有嚼头?潮汕牛肉丸之所以有韧劲耐嚼不就是因为牛肉是打出来的而没有被破坏内在的纤维结构吗?

“做牛肉丸可以不用刀,我们何不也试试塑料加工不用螺杆呢?拿掉螺杆!但用什么取而代之呢?叶片!”

叶片在由偏心定子、转子组成的特定几何空间中转动时带动物料输送,同时随流道截面积由小到大再由大到小周期性变化过程中承受拉伸和压缩作用,这样就在很大程度上解决了在使用螺杆输送塑化过程中对物料很强的剪切作用使大分子链断裂的问题,如此一来,既加快了物料的输送塑化效率,又有效避免了物料大分子链变短,从而大大提高了生产效率和塑料制品的生产质量。

在国际上打了翻身仗

新设备样机生产出来之后,瞿金平非常关心样机在企业的实际生产情况,毕竟只有一线的员工才最有资格判定机器是不是真的合格。机器经受住了企业的考验,样机试用企业纷纷打来电话,激动地表示要在设备正式投产以后第一时间告诉他们。

“经过在东莞、汕头、武汉、深圳等地企业的实际生产状况统计,我们的物料损耗大大降低,能耗下降约30%左右,污染自然也就跟着得到大大下降。”目前塑料无螺杆塑化挤出技术及设备经行业有关专家鉴定,是国内外高分子材料成型加工领域的重大创新,处于国际领先水平。

塑料机械行业关于这项新技术的垄断战已经悄然打响。早在参加广州国际橡胶塑料机械展览会的时候,就有德国、意大利、日本等国从事塑料加工设备生产的大公司向我们递出了橄榄枝,“他们甚至和我们的工作人员悄悄地接触,问是不是可以买我们的样机。”瞿金平笑着说。国内塑料加工企业更是闻风而动,纷纷表达了求购意向。

“目前国内几乎所有的大型塑料机械企业都向我们表达了要使用我们团队研发的无螺杆塑化加工设备技术。”

面对如何加快新设备投产,瞿金平表达了希望把新设备的产业化放在广东的心愿。“本地的塑料产业产量占据全国四分之一强,稳居全国第一,在这里投产最合适。这是老行业转型升级的大好时机,也是我们在国际塑料加工机械领域打翻身仗的绝佳机会。”

据统计,目前世界范围内塑料加工机械的产销量为196亿欧元,我国的塑料加工机械产销量为200亿元人民币。瞿金平的新技术产品如果在国内实现10%的市场份额,就可以创造22亿元以上的产值。而要在国外实现10%以上的产品替代,就可以创造100亿元以上的产值。因此,产业前景不可估量。

扎根冷门 持之以恒

瞿金平是1977年恢复高考后的第一届大学生,1981年和1987年先后取得华南工学院(1988年更名为华南理工大学)塑料机械学士学位和轻工机械硕士学位。1982年起先后被聘任为华南理工大学副教授、教授。2011年当选为中国工程院院士从事塑料成型加工技术与装备及其理论的研究与教学的这30年来,瞿金平教授一直都在默默地耕耘着被很多人认为冷门的塑料加工成型技术和设备。

30年来,多少个日日夜夜是在实验室度过的,瞿金平自己都数不清了。针对塑料成型加工技术的一次次变革,也让瞿金平和他的团队收获颇丰。两获中国发明专利金奖,三获国家科技奖,瞿金平说:“拉伸流变塑化输运加工技术已经申请了30项中国发明专利,其中15项已获得中国发明专利授权,构筑了相应的专利池,形成了比较完整的自主知识产权体系。”

科研的道路漫长而艰辛,甚至带着一丝枯燥和乏味。“年轻人如果选择了科研作为自己的职业,一定要记得,眼要尖,脑要活。”

话虽简单,做起来却甚为不易。瞿金平表示,搞科研离不开对科技前沿和行业发展的时刻关注,结合国家和社会的需要有针对性地开展自己的科研工作,把来自方方面面的信息整合为己所用。“这个过程很重要,只有这样,才能保证你的研究内容永不落伍。”

 

(来源:科技日报)

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