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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
太陽系系主任
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中國科學(xué)院化學(xué)所：匠心締造，丙綸成衣
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中國科學(xué)院化學(xué)所：匠心締造，丙綸成衣 1980年3月的一天，中國科學(xué)院化學(xué)研究所（以下簡稱化學(xué)所）的一間實驗室里，科研人員迎來了半天短暫的輕松時光。 化學(xué)所時任副所長錢人元和研究人員徐振淼、徐端夫、趙得祿、范慶榮圍坐在一張桌子旁，“擺拍”了一張照片。照片“C位”的幾卷彩色線卷，是滌綸、錦綸、丙綸、腈綸、維綸五大化學(xué)纖維中，當(dāng)時我國唯一自主研究開發(fā)成功的化纖產(chǎn)品——丙綸。 那天，幾個人剛剛得知他們開發(fā)的“降低丙綸紡絲溫度新方法”獲得國家發(fā)明獎，因而合影留念，定格下喜悅與光榮。 1974年至1989年，化學(xué)所科研人員面向中國人穿衣問題的重大需求，匠心締造、開拓創(chuàng)新，突破丙綸穩(wěn)定紡絲新工藝，與企業(yè)密切合作，開發(fā)出一系列流動性好的聚丙烯紡絲專用料，為我國丙綸工業(yè)迅速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 1980年3月，錢人元（右二）、徐端夫（左二）及組內(nèi)同事總結(jié)丙綸研制工作。 丙綸級聚丙烯專用樹脂和細旦、超細旦丙綸長絲。 細旦丙綸織物�；瘜W(xué)所供圖 1 8億人穿衣的燃眉之急 20世紀(jì)70年代初，我國耕地少、人口多，糧棉爭地矛盾突出。如果把更多的耕地用來種糧食，糧食是夠了，但種棉花的耕地少了，棉花就不夠用了。這樣一來，在化纖紡織工業(yè)落后的情況下，用來生產(chǎn)服裝的天然纖維緊缺，解決全國8億人的穿衣問題成為當(dāng)時的急迫需求。 已經(jīng)年過八旬的化學(xué)所原黨委書記馬福榮回憶起當(dāng)時的情景依然心潮澎湃：“大家都在想，能不能開發(fā)出一個‘大品種’來，為國家作一些有用的貢獻？” 當(dāng)時一些發(fā)達國家通過發(fā)展化學(xué)纖維，走出了紡織工業(yè)單一依賴天然纖維的困局。但我國化纖品種少、生產(chǎn)水平低，需要大量依賴進口。 科學(xué)家們下決心突破化纖行業(yè)的關(guān)鍵核心技術(shù)，自力更生解決8億人的穿衣問題。 1974年初，化學(xué)所安排錢人元帶領(lǐng)徐端夫、范慶榮等10多位科研人員和管理人員，前往全國各地開展廣泛調(diào)研。他們了解到，我國合成纖維的四大品種分別是維綸、腈綸、錦綸和滌綸，但這幾種“綸”的生產(chǎn)存在各種各樣的問題。 聚丙烯走進了科研人員的視野。我國石化工業(yè)已經(jīng)起步，丙烯來源多、數(shù)量大，卻遠未被充分利用�？蒲腥藛T相信，將聚丙烯開發(fā)成合成纖維丙綸，一定能夠緩解8億人穿衣的燃眉之急。 一場由科學(xué)家擔(dān)當(dāng)主力軍的“丙綸會戰(zhàn)”打響了。1974年，經(jīng)過大量調(diào)查和反復(fù)論證后，化學(xué)所制定了“研究開發(fā)穿著用聚丙烯纖維（丙綸）”的戰(zhàn)略決策，研究征程就此開啟。 此后20多年里，化學(xué)所先后有100多位科研人員參加聚丙烯研究�！熬郾┭芯空n題的提出，是由于當(dāng)時國民經(jīng)濟發(fā)展的需要，是國家為解決8億人穿衣問題急需開發(fā)一種價廉物美的新的合成纖維向科學(xué)研究提出的一個重大課題。”20世紀(jì)90年代，“丙綸會戰(zhàn)”結(jié)束后，時任化學(xué)所黨委書記陳本明、管理人員黃仁權(quán)在題為《從聚丙烯課題的立項、開題決策與組織實施，看科研管理在研究所發(fā)展中的戰(zhàn)略作用》的總結(jié)文章中這樣寫道。 2 原創(chuàng)思想解決紡絲難題 20世紀(jì)50年代開始，一些國家先后實現(xiàn)聚丙烯工業(yè)化生產(chǎn)。不過，國際上對開發(fā)聚丙烯作為服裝用纖維仍持懷疑態(tài)度——丙綸有明顯的缺點，主要是耐老化性能差和染色困難。在國內(nèi)，只有上海國棉31廠試紡了一些便宜的丙棉織品投放市場。 1974年，錢人元和徐端夫來到江南的稻田里。嫩綠的稻苗隨風(fēng)搖曳，農(nóng)民在田間地頭辛勤勞作，揮汗如雨。 “丙綸的衣服你穿著感覺如何？”科學(xué)家的提問直奔主題。農(nóng)民指著衣服上的破口回答：“便宜，但不耐穿，在田里干活穿不了3個月就破了�！� 在科學(xué)家眼里，丙綸生產(chǎn)中的老化和染色等都屬于高分子化學(xué)問題，解決這些問題正是化學(xué)所的使命擔(dān)當(dāng)�；瘜W(xué)所是全國最早開始高分子科學(xué)研究的機構(gòu)之一，具有深厚的學(xué)科基礎(chǔ)。 早在20世紀(jì)60年代后期，化學(xué)所就成立了聚合物紡絲物理研究組，后來改為聚合物結(jié)構(gòu)組。前期基礎(chǔ)工作為眼前的科技攻關(guān)奠定了基礎(chǔ)�！拔覀儗郾┻@個課題胸有成竹�！瘪R福榮表示。 “丙綸會戰(zhàn)”正式開始后，在錢人元的帶領(lǐng)下，徐端夫作為課題組較為年長的“大師兄”，組織科研人員從高分子化學(xué)的學(xué)科視角出發(fā)，開展基礎(chǔ)研究。 從科學(xué)原理上講，聚丙烯加工成丙綸，要先將聚丙烯顆粒在擠出機中高溫熔化，使其從固體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w狀態(tài)的熔體，并添加防老化劑、阻燃劑等助劑；熔體再通過紡絲機械設(shè)備快速噴出，形成連續(xù)的纖維細絲。 通俗地說，這個過程好比把彩色糖果顆粒制成糖絲。糖果顆粒通過加熱，原本堅硬的固體先變軟成為糖漿，相當(dāng)于聚丙烯顆粒在高溫下熔化，從固體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w狀態(tài)的熔體。同時，為了讓這些糖果更美味，還得加入特殊“調(diào)料”，相當(dāng)于在聚丙烯中加入防老化劑和阻燃劑。 接下來，把糖漿倒入特殊的噴槍中，最終“噴”出細糖絲，這些糖絲冷卻后變硬、有韌性。這是熔體通過紡絲機械形成連續(xù)的丙綸細絲的過程。 科研人員發(fā)現(xiàn)，丙綸產(chǎn)品性能不佳的根本原因在于聚丙烯熔體形成細絲的“紡絲溫度”過高。這不僅使助劑流失，影響纖維質(zhì)量，各種助劑的高溫分解還嚴重污染生產(chǎn)環(huán)境，影響工人健康。 為此，錢人元帶著科研團隊展開了多次研討�！坝袥]有可能是聚丙烯中高分子量‘尾端’部分的問題？”一次討論中，錢人元提出了這個問題。 “分子量”往往用來反映一個分子或者特定單元的質(zhì)量大小。從高分子物理角度看，聚丙烯是一條由丙烯分子聚在一起形成的長鏈。聚合過程中分子鏈的增長和終止具有隨機性，致使長鏈長短不一，因此在紡絲過程中的結(jié)晶和取向行為不盡相同。 經(jīng)過深入思考，徐端夫等提出一個全新觀點：聚丙烯中的高分子量“尾端”部分對結(jié)晶和取向更加“敏感”，在紡絲過程中更容易產(chǎn)生結(jié)晶。這樣，卷繞絲的牽伸性能和成品纖維的力學(xué)性能就會顯著變差。 在一次討論中，徐端夫敏銳地抓住問題本質(zhì)：“高分子量‘尾端’部分是聚丙烯紡絲研究中的核心問題�！� “如果想辦法把高分子量部分的分子量降下來，也許可以避免這個問題�！薄斑�需要設(shè)計一些實驗來證明。”討論中，大家各自貢獻智慧，逐漸形成了未來研究的方向。 徐端夫與范慶榮、趙得祿等用實驗結(jié)果證明了他們的猜想，消除聚丙烯中的高分子量“尾端”部分，更容易加工出優(yōu)質(zhì)聚丙烯纖維。 20世紀(jì)70年代后期，他們在國際高分子學(xué)術(shù)會議上首次公開了這一實驗結(jié)果�！霸S多國際專家都認可了這一發(fā)現(xiàn)，認為這是中國科學(xué)家的原創(chuàng)�！爆F(xiàn)在，范慶榮仍為此深感自豪，“要實現(xiàn)國家科技自立自強，離不開我們腳踏實地地深耕一個領(lǐng)域，瞄準(zhǔn)科學(xué)問題，提出原創(chuàng)科學(xué)思想。” 3 “降溫母粒”，從科學(xué)發(fā)現(xiàn)到生產(chǎn)線 在突破原理的實驗中，科研人員獲得了降低聚丙烯分子量的多次造粒方法，即對高分子原料進行多次顆粒化處理。 遺憾的是，這個辦法工業(yè)上難以實現(xiàn)。國際上既沒有工業(yè)化經(jīng)驗可供借鑒，也沒有成套設(shè)備可引進。一時間，消極情緒在團隊中彌漫�！爸灰覀兣ψ�，一定可以做出來。”徐端夫經(jīng)常鼓勵大家。 那么，究竟哪種分子量調(diào)節(jié)劑才是“最優(yōu)選”？徐端夫帶著科研人員，首先圍繞當(dāng)時主流的有機硫化合物類型分子量調(diào)節(jié)劑開展了探索。他們在全國范圍內(nèi)的化工廠圍繞10多個有機硫化合物開展了紡絲試驗，結(jié)果不盡如人意。 所幸，大家沒有動搖最初的信念�！俺藞猿窒氯ィ瑳]有其他選擇。”范慶榮回憶。 這時，他們在浩瀚的文獻中挖掘出一個新方向。有機過氧化物起作用的溫度較低，反應(yīng)速度較快，能及時快速調(diào)節(jié)聚丙烯的分子量，在后續(xù)紡絲過程中分子量變化較小。如此一來，既能避免一般紡絲過程中聚丙烯分子降解所需要的高溫，又能保證紡絲熔體的均勻穩(wěn)定，滿足紡制優(yōu)質(zhì)丙綸纖維所需的基本條件。這一發(fā)現(xiàn)猶如黑暗里的一束光，激勵著他們繼續(xù)前行。 沿著這一束光，他們在化工產(chǎn)品目錄上一個一個找，又一個一個排除。最終鎖定了過氧化二異丙苯（DCP）、過氧化二叔丁基（DTBP）、雙二五、過氧化雙酚等4種過氧化物。 出乎意料的是，科學(xué)家的想法卻遭到了工業(yè)界的強烈反對。有機過氧化物遇熱會發(fā)生強烈分解，很多人既擔(dān)心試驗的安全性，又擔(dān)心過氧化物中的自由基會加速產(chǎn)品老化。“一聽說過氧化物有爆炸風(fēng)險，企業(yè)都不愿意用，紡絲試驗就做不了�！狈稇c榮說。 徐端夫等在充分的文獻調(diào)研和實驗室大量實驗研究的基礎(chǔ)上，為安全進行工業(yè)化試驗制定了嚴密方案。徐端夫的人物傳記《星光閃耀》中描述了這一場景：“第一次在工廠試驗時，現(xiàn)場氣氛很緊張，消防車在車間外嚴陣以待，徐端夫在車間內(nèi)鎮(zhèn)定主持。隨著試驗按照預(yù)定步驟平穩(wěn)進行，大家才放下心來�！� 成功了！眼看丙綸細絲從紡絲機中噴出，細而有韌性，徐端夫深感欣慰，堅持多年的潛心探索終于到達彼岸，當(dāng)初丙綸制衣的夢想就在眼前。 化學(xué)所在突破原理的基礎(chǔ)上，與多家工廠聯(lián)合完成一系列丙綸配方試驗，結(jié)果排除了過氧化雙酚、DCP、雙二五，DTBP最終勝出。隨后對DTBP開展的老化試驗表明，加入較少量即0.06%至0.07%的DTBP時，對其耐老化性能沒有明顯影響。 對于降溫母粒創(chuàng)新的意義，可以這樣通俗地理解：造粒之前就把過氧化物加進去，解決了過氧化物易揮發(fā)的問題，讓反應(yīng)體系更加穩(wěn)定，形成了核心技術(shù)。在工廠原有的生產(chǎn)線上，將適量降溫母粒混入商品化聚丙烯樹脂原料中，就可以實現(xiàn)順利紡絲。這種簡單高效的方式是工業(yè)界樂見的。 1979年，“有機過氧化物控制降解法降低丙綸紡絲溫度的研究”通過中國科學(xué)院的成果鑒定；1980年，“降低丙綸紡絲溫度新方法”獲得國家發(fā)明獎。 4 丙綸成衣，不斷革新 國家“六五”計劃開始后，化學(xué)所組織了降溫母粒的研制和工業(yè)化試生產(chǎn)。結(jié)果表明，降溫母粒用于丙綸工業(yè)生產(chǎn)，不僅可以提高纖維質(zhì)量和成品率，還可以提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約能源，減少污染。 20世紀(jì)80年代，我國衣用丙綸長絲快速發(fā)展，但20家小化纖廠的丙綸年總產(chǎn)量僅幾千噸，明顯供不應(yīng)求，降溫母粒法也僅適用于小批量生產(chǎn)。 面對這一局面，徐端夫深感責(zé)任在肩，科學(xué)家的探索之路還長，絕不能停下腳步。 徐端夫積極奔走，多方爭取機會。最終，1982年，化學(xué)所與遼陽石化化纖公司（以下簡稱遼化）簽訂聯(lián)合開發(fā)技術(shù)協(xié)議，革新聚丙烯生產(chǎn)裝置和生產(chǎn)工藝，開發(fā)出系列紡絲專用樹脂新牌號，填補了國內(nèi)空白。 這種聚丙烯樹脂的命名也傾注了徐端夫的心思。例如，成功應(yīng)用于紡絲的兩種聚丙烯樹脂的熔融指數(shù)分別是18、26，他據(jù)此將其分別命名為“70218”“70226”。熔融指數(shù)越大，意味著樹脂熔化后的流動性越好。 1984年，化學(xué)所與遼化聯(lián)合10多家單位組成一條龍協(xié)作攻關(guān)。試制試紡表明，新樹脂各項質(zhì)量指標(biāo)均達到同期國際同類產(chǎn)品先進水平。1986年至1989年，遼化共生產(chǎn)兩種新牌號丙綸級樹脂16667噸，多創(chuàng)利稅1529萬元，節(jié)約外匯2000多萬美元。 1989年，“丙綸級聚丙烯樹脂的研制、工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用”獲得國家科技進步獎一等獎�！按疝q現(xiàn)場，有專家對這項成果給予很高評價，認為這是一個科研與生產(chǎn)相結(jié)合、科技轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的典型項目，經(jīng)驗值得推廣�！眳⑴c此次評審答辯的馬福榮說。 5 細旦、超細旦，續(xù)寫輝煌 在丙綸級樹脂取得成功的同時，徐端夫敏銳地覺察到，國際化纖研究呈現(xiàn)向“細旦化”發(fā)展的趨勢�！暗笔呛饬坷w維粗細程度的單位，數(shù)值越小，纖維越細、越柔軟。 自1988年起，他帶領(lǐng)課題組陸續(xù)開發(fā)出具有國際領(lǐng)先水平的細旦、超細旦丙綸長絲及其聚丙烯紡絲專用料與相關(guān)技術(shù)。1992年11月，“細旦、超細旦丙綸長絲及制品”項目被列為國家“產(chǎn)學(xué)研”高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化首選項目。 突破之后，再次突破。科研團隊從1995年起開展了衣著用細旦、超細旦丙綸短纖維制造技術(shù)研究。用細旦、超細旦丙綸制成的織物，有突出的疏水導(dǎo)濕性能，手感柔軟、滑爽。細旦丙綸還可以與棉纖維、蠶絲等混紡，制作性能優(yōu)良的功能服裝。 徐端夫經(jīng)常給同事、同行展示丙綸制成的衣服，晚年在病榻上也穿著丙綸衣服。馬福榮親眼見過那件衣服，“里面是丙綸的、外面是棉的，徐先生說出汗很快就排走了，穿著很舒服”。 今天，那場“丙綸會戰(zhàn)”早已結(jié)束，主力隊員錢人元、徐端夫分別于2003年、2006年逝世，其他成員也大都是耄耋老人。 令人欣慰的是，科學(xué)研究仍在延續(xù)。 沿著錢人元、徐端夫等開創(chuàng)的科研之路，化學(xué)所科研人員著力面向國家重大戰(zhàn)略需求，開發(fā)出多項高性能聚丙烯產(chǎn)品。例如，他們對面向國家金融安全的高分子薄膜-雙向拉伸聚丙烯薄膜制備技術(shù)難題進行了10多年攻關(guān)，實現(xiàn)了工業(yè)化穩(wěn)定生產(chǎn)。 面向未來，化學(xué)所科研人員將繼承和發(fā)揚前輩的學(xué)術(shù)思想與科學(xué)家精神，依托中國科學(xué)院建制化、體系化基礎(chǔ)研究的優(yōu)勢，奮力搶占科技制高點，推動高分子材料領(lǐng)域的科技進步，為國家重大需求服務(wù)。 |
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