1月8日，2015年度國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會在人民大會堂隆重舉行。華南理工大學(xué)瞿金平院士團(tuán)隊(duì)主持完成的成果“基于拉伸流變的高分子材料綠色加工成型技術(shù)”獲得國家技術(shù)發(fā)明二等獎。
這是瞿金平院士第三次獲國家科技獎。因?yàn)閲铱萍吉劦募钭饔茫沟盟軌虬蜒芯砍掷m(xù)地開展下去。誰也不曾想到，僅僅是利用上次獲得的五十萬元 人民幣的獎金，他的新技術(shù)就顛覆了塑料加工機(jī)械100多年都未曾離開過的基于剪切流變的螺桿加工原理，醞釀塑料加工機(jī)械及相關(guān)行業(yè)一場技術(shù)升級換代“風(fēng) 暴”，預(yù)計(jì)可以創(chuàng)造出一個上百億元的行業(yè)產(chǎn)值。
用五十萬元干點(diǎn)大事
螺桿作為塑料生產(chǎn)行業(yè)人所共知的代表性零部件，從塑料誕生的那天起就與之如影隨形，為塑料工業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展立下了汗馬功勞。然而，螺桿的長度越長，塑料加工機(jī)械的能耗越大，螺桿加工制造越困難。隨著塑料品種不斷增加和制品要求不斷提高，螺桿的長度是越來越長。
從上世紀(jì)九十年代初開始瞿金平一直致力于縮短螺桿的研究與探索，在國際上率先將周期性變化力場引入螺桿塑化加工過程，提出塑料動態(tài)塑化加工成型 方法及原理，發(fā)明并產(chǎn)業(yè)化成功塑料動態(tài)塑化加工設(shè)備，縮短了螺桿。但是螺桿加工基于剪切流變的原理實(shí)質(zhì)沒有改變，這也造成了塑料生產(chǎn)行業(yè)始終難以擺脫“電 老虎”標(biāo)簽的根源所在。
如何降低加工能耗，怎樣使塑料可以多次循環(huán)利用且性能盡可能得到保持呢？這些問題從2006年獲得“國家科技進(jìn)步獎”二等獎后學(xué)校頒發(fā)的五十萬元獎勵開始，始終縈繞在瞿金平腦海中。
“當(dāng)時就想著，五十萬元分給大家的話也就沒太大意思了，還不如集中起來干點(diǎn)大事。”瞿金平回憶起幾年前的那段往事，依然信心滿懷。經(jīng)過大家的舉手表決，一致同意把這筆獎金就用做解決制約塑料生產(chǎn)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的能源、資源、環(huán)境等瓶頸問題上。
大道至簡的潮汕牛肉丸
“起初大家還想著怎么樣進(jìn)一步縮短螺桿長度以減少物料的輸送距離以及受熱歷程，甚至試過以一條螺桿為中心，十條螺桿為輔助的辦法，但是越深入研 究我們越發(fā)現(xiàn)，如果繼續(xù)圍繞螺桿兜圈子，我們就很難再往前邁進(jìn)了。”瞿金平用胳膊在面前橫著重重的往下擺了一下，似乎做出了某種重大決定。
從學(xué)術(shù)上講，螺桿靠給物料施加具有“剪刀差”的剪切形變而工作的，同時物料也承受了少量拉壓形變的作用。過去十幾年在研究塑料動態(tài)塑化加工過程 中發(fā)現(xiàn)，螺桿之所以能縮短是由于其軸向振動增加了對物料的拉壓形變作用。如果反其道而行之，塑料加工時主要承受拉壓形變作用，而剪切形變作用是次要的，是 否就可以不需要螺桿呢？一個大膽的設(shè)想就這么誕生了。
“這就是我提出以拉伸流變?yōu)橹鲗?dǎo)的塑料塑化輸運(yùn)機(jī)理的背景。”瞿金平說。“拉伸流變”太深奧了，不好理解，你是否吃過頗具廣東特色的潮汕牛肉丸？是不是越吃越有嚼頭？潮汕牛肉丸之所以有韌勁耐嚼不就是因?yàn)榕Ｈ馐谴虺鰜淼亩鴽]有被破壞內(nèi)在的纖維結(jié)構(gòu)嗎？
“做牛肉丸可以不用刀，我們何不也試試塑料加工不用螺桿呢？拿掉螺桿！但用什么取而代之呢？葉片！”
葉片在由偏心定子、轉(zhuǎn)子組成的特定幾何空間中轉(zhuǎn)動時帶動物料輸送，同時隨流道截面積由小到大再由大到小周期性變化過程中承受拉伸和壓縮作用，這 樣就在很大程度上解決了在使用螺桿輸送塑化過程中對物料很強(qiáng)的剪切作用使大分子鏈斷裂的問題，如此一來，既加快了物料的輸送塑化效率，又有效避免了物料大 分子鏈變短，從而大大提高了生產(chǎn)效率和塑料制品的生產(chǎn)質(zhì)量。
在國際上打了翻身仗
新設(shè)備樣機(jī)生產(chǎn)出來之后，瞿金平非常關(guān)心樣機(jī)在企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)情況，畢竟只有一線的員工才最有資格判定機(jī)器是不是真的合格。機(jī)器經(jīng)受住了企業(yè)的考驗(yàn)，樣機(jī)試用企業(yè)紛紛打來電話，激動地表示要在設(shè)備正式投產(chǎn)以后第一時間告訴他們。
“經(jīng)過在東莞、汕頭、武漢、深圳等地企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)狀況統(tǒng)計(jì)，我們的物料損耗大大降低，能耗下降約30%左右，污染自然也就跟著得到大大下降。”目前塑料無螺桿塑化擠出技術(shù)及設(shè)備經(jīng)行業(yè)有關(guān)專家鑒定，是國內(nèi)外高分子材料成型加工領(lǐng)域的重大創(chuàng)新，處于國際領(lǐng)先水平。
塑料機(jī)械行業(yè)關(guān)于這項(xiàng)新技術(shù)的壟斷戰(zhàn)已經(jīng)悄然打響。早在參加廣州國際橡膠塑料機(jī)械展覽會的時候，就有德國、意大利、日本等國從事塑料加工設(shè)備生 產(chǎn)的大公司向我們遞出了橄欖枝，“他們甚至和我們的工作人員悄悄地接觸，問是不是可以買我們的樣機(jī)。”瞿金平笑著說。國內(nèi)塑料加工企業(yè)更是聞風(fēng)而動，紛紛 表達(dá)了求購意向。
“目前國內(nèi)幾乎所有的大型塑料機(jī)械企業(yè)都向我們表達(dá)了要使用我們團(tuán)隊(duì)研發(fā)的無螺桿塑化加工設(shè)備技術(shù)。”
面對如何加快新設(shè)備投產(chǎn)，瞿金平表達(dá)了希望把新設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化放在廣東的心愿。“本地的塑料產(chǎn)業(yè)產(chǎn)量占據(jù)全國四分之一強(qiáng)，穩(wěn)居全國第一，在這里投產(chǎn)最合適。這是老行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的大好時機(jī)，也是我們在國際塑料加工機(jī)械領(lǐng)域打翻身仗的絕佳機(jī)會。”
據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前世界范圍內(nèi)塑料加工機(jī)械的產(chǎn)銷量為196億歐元，我國的塑料加工機(jī)械產(chǎn)銷量為200億元人民幣。瞿金平的新技術(shù)產(chǎn)品如果在國內(nèi)實(shí)現(xiàn) 10%的市場份額，就可以創(chuàng)造22億元以上的產(chǎn)值。而要在國外實(shí)現(xiàn)10%以上的產(chǎn)品替代，就可以創(chuàng)造100億元以上的產(chǎn)值。因此，產(chǎn)業(yè)前景不可估量。
扎根冷門 持之以恒
瞿金平是1977年恢復(fù)高考后的第一屆大學(xué)生，1981年和1987年先后取得華南工學(xué)院（1988年更名為華南理工大學(xué)）塑料機(jī)械學(xué)士學(xué)位和 輕工機(jī)械碩士學(xué)位。1982年起先后被聘任為華南理工大學(xué)副教授、教授。2011年當(dāng)選為中國工程院院士從事塑料成型加工技術(shù)與裝備及其理論的研究與教學(xué) 的這30年來，瞿金平教授一直都在默默地耕耘著被很多人認(rèn)為冷門的塑料加工成型技術(shù)和設(shè)備。
30年來，多少個日日夜夜是在實(shí)驗(yàn)室度過的，瞿金平自己都數(shù)不清了。針對塑料成型加工技術(shù)的一次次變革，也讓瞿金平和他的團(tuán)隊(duì)收獲頗豐。兩獲中 國發(fā)明專利金獎，三獲國家科技獎，瞿金平說：“拉伸流變塑化輸運(yùn)加工技術(shù)已經(jīng)申請了30項(xiàng)中國發(fā)明專利，其中15項(xiàng)已獲得中國發(fā)明專利授權(quán)，構(gòu)筑了相應(yīng)的 專利池，形成了比較完整的自主知識產(chǎn)權(quán)體系。”
科研的道路漫長而艱辛，甚至帶著一絲枯燥和乏味。“年輕人如果選擇了科研作為自己的職業(yè)，一定要記得，眼要尖，腦要活。”
話雖簡單，做起來卻甚為不易。瞿金平表示，搞科研離不開對科技前沿和行業(yè)發(fā)展的時刻關(guān)注，結(jié)合國家和社會的需要有針對性地開展自己的科研工作，把來自方方面面的信息整合為己所用。“這個過程很重要，只有這樣，才能保證你的研究內(nèi)容永不落伍。”
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