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  • 作者:記者 倪偉波 來源: 發布時間:2018-9-4 11:45:30
    熱縮材料:用“記憶”鑄造強國之盾

     
    中國科學院長春應用化學研究所(簡稱長春應化所)科技館內,有一份特殊的手稿。
     
    那是20世紀50年代末,在注意到國際上剛剛開始高分子輻射化學這一交叉學科研究之際,老一輩科學家錢保功先生向國家率先建議開展這方面工作而親筆書寫的信件。
     
    它不僅是老一輩“熱縮人”開辟高分子輻射化學研究的歷史的記錄者,前輩科學家的奮斗與進取精神的傳揚者,更是青年一代成長與跨越的見證者。
     
    瞄準“記憶”材料前沿主動攻關
     
    提及熱縮材料,不得不說的就是其具有的“特異功能”——形狀記憶效應。
     
    為了便于理解熱縮材料的制備原理,長春應化所高分子復合材料工程實驗室主任、研究員冉祥海給我們舉了個簡單的例子。
     
    比方說,用輻射改性技術將線性材料織成的一件毛衣,變成了立體網狀結構。本來這件毛衣是要給瘦人穿,但現在經加熱后,給胖人穿上了,就被撐大了,這時給這件毛衣迅速冷卻使其定型,然后再通過施以一定熱量等方式,這件毛衣便自動收縮,恢復到最初的瘦人穿著狀態,這樣毛衣就具有了“形狀記憶”功能。這就是異形狀熱縮材料的制備原理。
     
    “當然,真正熱縮材料的生產要復雜的多,需要歷經混配、成型、輻照、擴張、后處理、涂膠等一系列工藝。”冉祥海指出。
     
    憑借獨特的“形狀記憶效應”,熱縮材料可用于制作熱收縮管材、膜材和異形材,通過加熱收縮包覆在物體外表面,能起到耐壓絕緣、防水、防潮、環境密封、機械固定、應力消除和系統接續等作用,因而在電力、通訊、電子、汽車、船舶、航空、航天及核能等多個領域得到廣泛應用。
     
    世界上最早的熱縮材料誕生于1959年。這一年,美國科學家A. Charlesby及其學生Pinner為美國Raychem公司申請了聚乙烯熱縮管的第一個專利,從而開辟了熱縮材料的新紀元。
     
    1958年,在錢保功先生的倡導下,我國第一個高分子輻射化學研究室在長春應化所成立,率先在全國開展了輻射化學的基礎研究工作。
     
    20世紀60年代初,在錢保功、齊翠珍及孫家珍等老一代科學家的努力下,研究隊伍不斷壯大,并在國內率先開展了劑量學、輻射聚合、輻射接枝、輻射交聯等輻射化學領域的研究,取得了一批高水平的科研成果和論文。
     
    其中,20世紀60年代末研制的第一代熱縮材料——熱收縮聚乙烯管被成功應用于中國第一顆人造衛星“東方紅”上,在護佑國家安全的同時,也用自主創新彰顯了大國實力。
     
    為了發展輻射加工工業,長春應化所團隊牽頭籌建了我國第一個輻射中試基地,奠定了熱收縮材料在我國研制生產的基礎,成為我國熱縮材料的發源地。
     
    20世紀70年代初,長春應化所積極承擔了國家工程石油管路防腐工作,開展了輻射交聯聚乙烯片、帶、膜的研究,應用于石油輸油管道防腐工程。
     
    多年來,科研團隊始終堅持自主創新,在不斷壯大多種系列熱縮材料科研實力的同時,也為打破國外技術封鎖、解決國家建設急需的技術瓶頸,付出了艱辛的努力。
     
    駛入產業化發展快車道
     
    改革開放初期,在國家電力領域的建設中,我國普遍采用的是20世紀五六十年代的老工藝、老產品,造價高、質量差、壽命短,很大程度上阻礙了國家電力工業的發展。
     
    為滿足國家一些重點建設項目的急需,熱縮材料不得不依賴進口。這一項目引起了美國某大公司的注意,該公司隨后提出要以9:1的利潤分成和成果不轉讓的條件,同我國一個廠家合作生產這種產品。
     
    “這種‘卡脖子’的技術遭到了全面封鎖。老一輩熱縮人如何依靠自己的力量,盡快實現技術突破,研發出系列產品滿足國家的重大需求,就成為了當務之急。”講述這段歷史時,冉祥海百感交集。
     
    然而,中國知識分子的強烈責任感和民族自尊心在長春應化所科研人員的身上凝聚成一股強大的力量。
     
    1983 年,長春應化所承擔了國家“六五”攻關項目“多相聚合物輻射交聯熱收縮材料電纜附件”的研究。這是一項為發展我國電力、通訊、航空、航天工業服務的應用研究。
     
    科研團隊夜以繼日地投入了研制工作,找資料、查文獻、做試驗, 在規定時間內不僅拿出了任務要求的材料配方,還攻克了工藝設備難關。
     
    1985年,該研究終于獲得了成功,為鑒定會提供了成套樣品實物, 提前通過了國家級鑒定。專家們認為, 長春應化所研制的“輻射交聯熱收縮材料電纜附件”質量達到當時國際同類產品先進水平。該成果榮獲了1986年中國科學院科技進步獎三等獎。
     
    “這是具有我國自主知識產權、國內首次從化學配方研究開始到加工成型工藝,再到輻照工藝及擴張工藝全過程自主獨立創新的成果。”冉祥海表示,它打破了美國Raychem公司產品一統天下的局面。
     
    作為國家研究所,決不能走只出成果,不見實效的學院式研發老路。這是每一個長春應化所團隊成員的共同心聲。
     
    1986年,長春應化所熱縮材料廠成立。“盡管困難重重,但有了攻關的基礎,科技人員的努力,加上所領導的重視,當年底就取得了50萬元產值。”冉祥海說。
     
    初戰告捷無疑讓大家信心倍增?蒲腥藛T決定乘勢而上,不懈奮斗,這進一步加速了熱縮材料的產業化發展進程。
     
    1994年,長春熱縮材料股份有限公司(CIAC)成立,為熱縮材料產業化、規;蛳铝嘶A。3年后,隨著“長春熱縮”股票在上海證券交易所上市,長春熱縮材料股份有限公司成為中科院第一家所辦企業上市公司。“輻射交聯熱收縮材料研究生產及推廣應用” 1997年獲中國科學院科技進步一等獎。通過股權社會化改革,2002年7月,“長春熱縮”更名為“中科英華”,從此步入產業發展的快車道。
     
    除了中科英華,長春應化所還與深圳科技工業園總公司共同注資于1986年在深圳科技工業園成立了深圳長園應用化學有限公司。歷經30余年的發展,該公司已成為國內熱縮材料的龍頭企業。
     
    當然,由熱縮材料衍生的上市公司如“沃爾核材”及“深圳宏商”和產業實體還有不少。他們不僅為科研院所帶來了高數額的股權收益,也不斷反哺著科研及其相關基礎設施的建設。
     
    在傳承中超越
     
    冉祥海至今都無法忘記老師孫家珍先生在生產一線,手把手傳道授業解惑的場景。
     
    “即使臥在病床上,老先生都不忘科研使命,始終叮囑我們要精益求精,好好完成國家的重點型號任務,他對科研的情結與奉獻精神無不讓我動容。”說到這里,冉祥海激動難抑。
     
    心系熱縮報國志,矢志不渝譜華章。老一輩科學家們報效祖國、勇挑重擔、追求科學、嚴謹治學的精神,正是通過這樣的言傳身教在潛移默化中影響了青年一代的成長。
     
    如今,在熱縮材料領域摸爬滾打25年之久的冉祥海正帶領著團隊,圍繞國防領域的戰略需求,發揮團隊在高分子輻射改性技術方面的技術積累與優勢,持續開展相關材料的研究與技術提升,實現了多系列高端熱收縮密封防護材料及配套密封膠的國產化,形成齊全的標準化、通用化的多系列高端熱收縮防護材料及配套密封膠體系數據庫及應用指導手冊,并廣泛應用于航空、航天、船舶及核電等多個領域。
     
    隨著國家對軍民融合工作的不斷重視,科研團隊也積極推進熱縮先進材料在民用領域的拓展,發展軍民兩用材料與技術。
     
    比如,中科英華在長春應化所技術的支持下,共同完成了核級熱縮電纜附件的升級換代,相關制品已經取得核安全局頒發的設計及制造許可證,是國際上第二家能夠生產核級電纜附件的企業,產品已應用于福清、田灣等二代半技術的核電站,三門及海陽AP1000示范項目三代技術的核電站,防城港“華龍一號”三代技術核電站及山東榮成高溫氣冷堆。
     
    在軌道交通領域,動車組27.5KV高壓電纜總成用特種熱縮材料是鐵路軌道交通裝備電傳動技術的重要組成部分,設計涉及到高壓絕緣技術、絕緣材料技術、制作工藝技術和高壓試驗技術等,經過兩年的試驗開發已經可以全部替代美國TE公司和日本日立公司的產品,打破了國外技術封鎖,完成了系列材料的國產化。同時低壓防護熱縮材料已應用在路軌電信號傳輸及電氣化機車的電路保護上,可以起到絕緣密封及電磁屏蔽防護的功能。
     
    “從整體來看,世界高端的熱縮材料市場目前仍處于快速發展階段,我國也不例外,高端熱縮材料產品系列在不斷擴展,材料體系在更新換代,關鍵性能提升,未來需求潛力巨大。”冉祥海指出,我國隨著“一帶一路”倡議進入全面展開的新階段,國內產業結構升級和國際范圍的產業轉移,中國企業將在海外獲得前所未有的發展機遇,預計新一代高鐵、下一代輕量化地鐵、新能源汽車與核能等清潔能源電力建設等將成為我國高端熱縮材料未來增長速度較快的領域,從而有望拉動我國熱縮材料行業進入新一輪高成長期。
     
    認清發展形勢,才能順勢而為,主動尋求突破。接下來,“長春應化所將傳承老一輩熱縮人的工匠精神,堅持理想、追求卓越、專業專注、精益求精,深入開展應用基礎研究工作,完善系列高端熱縮材料的制備技術,拓展系列制品的應用領域,圍繞軍民融合的發展方向,不斷前行。”展望未來,冉祥海信心十足!
     
    《科學新聞》 (科學新聞2018年8月刊 碩果)
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