打破工程塑料国际垄断,他为国家每年节省数亿元!

人类文明的发展史,就是一部学习利用材料、制造材料、创新材料的历史。每一项新材料技术的应用,都将给社会生产和人类的生活带来巨大改变,把人类社会推向前进。

新材料作为国民经济先导性产业和高端制造及国防工业等关键保障,是各国战略竞争的焦点。作为我国七大战略性新兴产业之一,新材料是整个制造业转型升级的产业基础。

很多人形象得把材料科学称之为大国柱石。在大国崛起的历史进程中,那些为国筑基的科学家们,注定是这个时代最为耀眼也最为明亮的星辰,那是一个民族狂飙突进的标志。

“我们经常谈中国梦,我们国家要实现中国梦,要在新材料领域实现突破,高分子材料是其中非常重要的领域。”铿锵有力的话语透漏着蹇锡高院士对中国材料发展的坚定信念。

高分子材料作为三大基础材料之一,具备轻质、高强、耐腐蚀等特点,应用领域非常广泛,也是国防装备领域不可或缺的材料。

打破工程塑料国际垄断,他为国家每年节省数亿元!插图

大连理工大学化工与环境生命学部

在高性能高分子材料领域,蹇锡高院士是具有划时代意义的代表性人物。蹇锡高院士与高分子材料结缘是在上世纪60年代,毕业于大连工学院高分子化工专业的蹇锡高当时科研方向是橡胶领域。1986年“863计划”开展以后,一些专家提出我们国家要发展先进技术,其中就提到了高性能高分子材料。“所以当时我出国学习时就有比较明确的指导思想,在国外也是跟着导师研究高性能高分子材料。”

1990年回国后,蹇锡高院士专注于对国民经济和国防建设具有重大影响的新型高性能工程塑料及其应用技术开发研究,先后主持并完成十多项国家重点科技攻关项目、“863”项目、国家重点军工配套项目、“973”项目、国家自然科学基金项目、科技部创新基金项目、火炬计划项目、振兴东北老工业基地高技术产业化示范工程项目及省、市重大科技攻关项目等。

几十年磨一剑,结出了累累硕果。蹇锡高院士带领团队埋头苦干,攻破一个又一个技术难题,实现一项又一项技术创新,成功研制结构全新的系列新型杂环高性能工程塑料。

打破工程塑料国际垄断,他为国家每年节省数亿元!插图1

回忆当时的研发背景,蹇锡高院士表示,当年国家大力发展高科技,高速飞行器、运载火箭、高集成度的电子电气等工程技术的飞跃发展对高分子材料的耐热性等性能提出了越来越高的要求。“60年代到70年代,中国的高性能工程塑料还基本是一片空白状态,高性能工程塑料技术基本掌握在发达国家的手里。”

在众多奖项中,蹇锡高有两项成果十分耀眼:2003年,他带领团队以“含二氮杂萘酮联苯结构新型聚醚砜酮(PPESK)及其制备法”荣获国家技术发明奖二等奖;时隔8年,他们又以“杂萘联苯聚醚腈砜系列高性能树脂及其应用新技术”研究成果再度折桂,斩获2011年国家技术发明二等奖。蹇锡高院士团队已获得三十项发明专利,这些成果已广泛应用于航空航天、电子电气、石油化工、精密机械、车辆、舰船、能源、环保等领域。为中国的高性能高分子材料产业发展提供了重要的技术支撑。

走出实验室,走进工厂的产业大格局

因为蹇锡高院士团队等国内科研工作者的不懈努力,中国在高性能工程塑料领域向前迈进了一大步。蹇锡高院士的成就不仅仅在于发表多少学术论文,更重要的是,他将目光聚焦于助推产业发展的格局上。

据蹇锡高院士回忆,早在上世纪60年代至70年代,跨国公司垄断着高性能工程塑料技术,其中典型的品种是聚醚醚酮(PEEK),由英国ICI公司发明,其纯树脂可在240℃条件下长期使用,但室温下只溶于浓硫酸,因而存在合成条件比较苛刻,提纯困难,成本很高的问题,而且在某些应用领域也受到一定的限制。研发耐热等级更高又可溶解的新型高性能工程塑料成为材料科学界和工程界都亟待解决的问题之一。

在国外学习期间,蹇锡高院士一直跟随导师在研发耐热等级更高又可溶解的新型高性能工程塑料,但很多新型结构的高性能聚合物虽然拥有非常好的物理性能,但其均停留在实验室阶段,没有实现工程化。

“料要成材,材要成器,器要好用。”路涌祥院士的至理名言一直被蹇锡高院士奉为珍宝。在他看来,科研人员要从实验室走向工厂,从工厂走向市场。实现耐高温、可溶解高性能工程塑料的规模化生产成为当时蹇锡高院士奋斗的目标。

回国后的蹇锡高院士带领团队从分子结构设计出发,研制成功结构全新、综合性能优异、耐高温可溶解的杂萘联苯型高性能工程塑料,解决了传统高性能工程塑料不能兼具耐高温可溶解的技术难题。同时,他带领团队从小试技术到中试技术,攻克了多项聚合的关键技术,蹇院士利用4年多工程设计积累的经验,自己设计合成工艺及其装备,全部合成均在常压下进行,且合成温度不超过200℃,最终产物经过水洗三遍即可达到工程材料的要求,且全过程的溶剂、催化剂等均回收循环利用,最终实现了低成本制备的工艺技术。

蹇锡高院士介绍,新型杂环高性能工程塑料从90年代就开始进行小试,并在2000年期间实现了年产100吨的中试放大装置,2005年实现年产500吨的装置,均是一次试车成功。

事实上,蹇锡高院士所筹谋的不仅仅是重大技术的突破,更是从产业出发,为国内材料工业的发展开辟崭新的道路。蹇锡高院士经常对他团队成员说:“我们要走从实验室到工厂,从工厂到市场的科研路子,为振兴民族工业尽一份力。”在他这一思想的指导下,蹇锡高院士及其团队成员与国内多家企业合作创新,攻克企业生产难题,走出了一条“产学研”三位一体迅猛发展的崭新产业路径。

创新应用场景 新型杂环高性能工程塑料用途拓展

蹇院士说高性能工程塑料具有耐高温、高强度、高绝缘、耐辐照等优异综合性能,属于战略性新材料。新型杂环高性能系列树脂已经成功用于高性能热塑性树脂基复合材料、耐高温耐强腐蚀绝缘材料、耐高温涂料、耐高温高效功能膜(包括燃料电池质子交换膜、液流电池离子膜等)、电池材料、生物医疗材料等领域。

例如,蹇锡高院士团队成功开发的耐高温自润滑耐磨复合材料,其摩擦系数与PTFE相当,但磨损系数降低一个数量级,已应用于各种密封件、摩擦件,得到用户高度评价。可注射的短玻纤增强复合材料在150℃条件下的拉伸强度在105MPa以上,是同类PEEK复合材料的拉伸强度的1.5倍。以高性能杂萘联苯聚芳醚类树脂为基体原料研制成功的高性能耐辐照、耐高温绝缘漆、膜及涂料具有优异的综合性能,可在350℃条件下长期使用,可在500℃短期使用。

另外,蹇锡高院士团队以PPESK为膜材料开发的耐高温高效分离膜经中科院大化所膜技术国家工程研究中心测试,可广泛用于气体分离、工业废水处理等领域。以改性新型杂环高性能树脂为原材料开发的膜材料可用于燃料电池用质子、储能电池、海水淡化等领域。

此外,蹇锡高院士还在积极探索新型杂环高性能工程塑料的创新应用领域,其中3D打印生物医疗是目前蹇锡高院士比较看好的领域之一。蹇锡高院士表示,相比于大多数昂贵的进口医用器材,新型杂环高性能工程塑料不仅价格更低,而且带有环酰胺结构的杂环,与人体相容性会更好,目前这一研究也已经得到证实。

“科研人员要向高端、关键新材料发展”

中国已经是材料大国,但还不是材料强国。

4月16日晚间,美国商务部宣布,因为中兴曾向美国官员作虚假陈述,将禁止中兴向美国企业购买敏感产品,禁令有效时间为7年,到2025年3月31日才能解除,这就也意味着7年内美企不能向中兴提供产品。

事实上,除了芯片外,中国在很多领域都受到关键材料的掣肘。

我国制造了电热水壶中99% 的设备和零部件,却就是无法制造自动跳闸断电的小小弹簧片,制造100把水壶,还不如英国制造一个小弹簧片的利润高。多年来我国制造业虽然发展迅速,目前大批核心关键材料仍需依赖进口,我国关键新材料自给率仅为14%。

“中兴事件给我们的启发就是我们核心的高端的关键材料,必须依靠自主研发,不能抱有侥幸心理。不仅要创新还要引领创新。”蹇锡高院士认为,中国未来材料发展,尤其是高分子材料领域,要不断突破尖端的,高水平研究。我们目前是材料的消费大国也是生产大国,但在高端新材料领域我们还处于比较落后。加速核心技术、关键材料、关键零部件的研发与制造已成为中国制造业发展的重中之重。

研发没有尽头,蹇锡高院士笑称,他做了一辈子高性能工程塑料,但仍然还在前进的路上。据了解,蹇锡高院士团队目前正承担新的课题,不断探索及开发高分子材料新的神奇功能。

不居功,不自傲。半生为国筹谋,立志为国筑基,蹇锡高院士以一位材料科学家的智慧与格局,为中国材料产业与制造业的发展探索前进的路径。他用自己的执着和热血,把一个科研人的忠贞爱国,表现得淋漓尽致。

上一篇:
下一篇: