作者:记者 倪伟波 来源: 发布时间:2018-9-4 11:45:30
热缩材料:用“记忆”铸造强国之盾

 
中国科学院长春应用化学研究所(简称长春应化所)科技馆内,有一份特殊的手稿。
 
那是20世纪50年代末,在注意到国际上刚刚开始高分子辐射化学这一交叉学科研究之际,老一辈科学家钱保功先生向国家率先建议开展这方面工作而亲笔书写的信件。
 
它不仅是老一辈“热缩人”开辟高分子辐射化学研究的历史的记录者,前辈科学家的奋斗与进取精神的传扬者,更是青年一代成长与跨越的见证者。
 
瞄准“记忆”材料前沿主动攻关
 
提及热缩材料,不得不说的就是其具有的“特异功能”——形状记忆效应。
 
为了便于理解热缩材料的制备原理,长春应化所高分子复合材料工程实验室主任、研究员冉祥海给我们举了个简单的例子。
 
比方说,用辐射改性技术将线性材料织成的一件毛衣,变成了立体网状结构。本来这件毛衣是要给瘦人穿,但现在经加热后,给胖人穿上了,就被撑大了,这时给这件毛衣迅速冷却使其定型,然后再通过施以一定热量等方式,这件毛衣便自动收缩,恢复到最初的瘦人穿着状态,这样毛衣就具有了“形状记忆”功能。这就是异形状热缩材料的制备原理。
 
“当然,真正热缩材料的生产要复杂的多,需要历经混配、成型、辐照、扩张、后处理、涂胶等一系列工艺。”冉祥海指出。
 
凭借独特的“形状记忆效应”,热缩材料可用于制作热收缩管材、膜材和异形材,通过加热收缩包覆在物体外表面,能起到耐压绝缘、防水、防潮、环境密封、机械固定、应力消除和系统接续等作用,因而在电力、通讯、电子、汽车、船舶、航空、航天及核能等多个领域得到广泛应用。
 
世界上最早的热缩材料诞生于1959年。这一年,美国科学家A. Charlesby及其学生Pinner为美国Raychem公司申请了聚乙烯热缩管的第一个专利,从而开辟了热缩材料的新纪元。
 
1958年,在钱保功先生的倡导下,我国第一个高分子辐射化学研究室在长春应化所成立,率先在全国开展了辐射化学的基础研究工作。
 
20世纪60年代初,在钱保功、齐翠珍及孙家珍等老一代科学家的努力下,研究队伍不断壮大,并在国内率先开展了剂量学、辐射聚合、辐射接枝、辐射交联等辐射化学领域的研究,取得了一批高水平的科研成果和论文。
 
其中,20世纪60年代末研制的第一代热缩材料——热收缩聚乙烯管被成功应用于中国第一颗人造卫星“东方红”上,在护佑国家安全的同时,也用自主创新彰显了大国实力。
 
为了发展辐射加工工业,长春应化所团队牵头筹建了我国第一个辐射中试基地,奠定了热收缩材料在我国研制生产的基础,成为我国热缩材料的发源地。
 
20世纪70年代初,长春应化所积极承担了国家工程石油管路防腐工作,开展了辐射交联聚乙烯片、带、膜的研究,应用于石油输油管道防腐工程。
 
多年来,科研团队始终坚持自主创新,在不断壮大多种系列热缩材料科研实力的同时,也为打破国外技术封锁、解决国家建设急需的技术瓶颈,付出了艰辛的努力。
 
驶入产业化发展快车道
 
改革开放初期,在国家电力领域的建设中,我国普遍采用的是20世纪五六十年代的老工艺、老产品,造价高、质量差、寿命短,很大程度上阻碍了国家电力工业的发展。
 
为满足国家一些重点建设项目的急需,热缩材料不得不依赖进口。这一项目引起了美国某大公司的注意,该公司随后提出要以9:1的利润分成和成果不转让的条件,同我国一个厂家合作生产这种产品。
 
“这种‘卡脖子’的技术遭到了全面封锁。老一辈热缩人如何依靠自己的力量,尽快实现技术突破,研发出系列产品满足国家的重大需求,就成为了当务之急。”讲述这段历史时,冉祥海百感交集。
 
然而,中国知识分子的强烈责任感和民族自尊心在长春应化所科研人员的身上凝聚成一股强大的力量。
 
1983 年,长春应化所承担了国家“六五”攻关项目“多相聚合物辐射交联热收缩材料电缆附件”的研究。这是一项为发展我国电力、通讯、航空、航天工业服务的应用研究。
 
科研团队夜以继日地投入了研制工作,找资料、查文献、做试验, 在规定时间内不仅拿出了任务要求的材料配方,还攻克了工艺设备难关。
 
1985年,该研究终于获得了成功,为鉴定会提供了成套样品实物, 提前通过了国家级鉴定。专家们认为, 长春应化所研制的“辐射交联热收缩材料电缆附件”质量达到当时国际同类产品先进水平。该成果荣获了1986年中国科学院科技进步奖三等奖。
 
“这是具有我国自主知识产权、国内首次从化学配方研究开始到加工成型工艺,再到辐照工艺及扩张工艺全过程自主独立创新的成果。”冉祥海表示,它打破了美国Raychem公司产品一统天下的局面。
 
作为国家研究所,决不能走只出成果,不见实效的学院式研发老路。这是每一个长春应化所团队成员的共同心声。
 
1986年,长春应化所热缩材料厂成立。“尽管困难重重,但有了攻关的基础,科技人员的努力,加上所领导的重视,当年底就取得了50万元产值。”冉祥海说。
 
初战告捷无疑让大家信心倍增。科研人员决定乘势而上,不懈奋斗,这进一步加速了热缩材料的产业化发展进程。
 
1994年,长春热缩材料股份有限公司(CIAC)成立,为热缩材料产业化、规模化打下了基础。3年后,随着“长春热缩”股票在上海证券交易所上市,长春热缩材料股份有限公司成为中科院第一家所办企业上市公司。“辐射交联热收缩材料研究生产及推广应用” 1997年获中国科学院科技进步一等奖。通过股权社会化改革,2002年7月,“长春热缩”更名为“中科英华”,从此步入产业发展的快车道。
 
除了中科英华,长春应化所还与深圳科技工业园总公司共同注资于1986年在深圳科技工业园成立了深圳长园应用化学有限公司。历经30余年的发展,该公司已成为国内热缩材料的龙头企业。
 
当然,由热缩材料衍生的上市公司如“沃尔核材”及“深圳宏商”和产业实体还有不少。他们不仅为科研院所带来了高数额的股权收益,也不断反哺着科研及其相关基础设施的建设。
 
在传承中超越
 
冉祥海至今都无法忘记老师孙家珍先生在生产一线,手把手传道授业解惑的场景。
 
“即使卧在病床上,老先生都不忘科研使命,始终叮嘱我们要精益求精,好好完成国家的重点型号任务,他对科研的情结与奉献精神无不让我动容。”说到这里,冉祥海激动难抑。
 
心系热缩报国志,矢志不渝谱华章。老一辈科学家们报效祖国、勇挑重担、追求科学、严谨治学的精神,正是通过这样的言传身教在潜移默化中影响了青年一代的成长。
 
如今,在热缩材料领域摸爬滚打25年之久的冉祥海正带领着团队,围绕国防领域的战略需求,发挥团队在高分子辐射改性技术方面的技术积累与优势,持续开展相关材料的研究与技术提升,实现了多系列高端热收缩密封防护材料及配套密封胶的国产化,形成齐全的标准化、通用化的多系列高端热收缩防护材料及配套密封胶体系数据库及应用指导手册,并广泛应用于航空、航天、船舶及核电等多个领域。
 
随着国家对军民融合工作的不断重视,科研团队也积极推进热缩先进材料在民用领域的拓展,发展军民两用材料与技术。
 
比如,中科英华在长春应化所技术的支持下,共同完成了核级热缩电缆附件的升级换代,相关制品已经取得核安全局颁发的设计及制造许可证,是国际上第二家能够生产核级电缆附件的企业,产品已应用于福清、田湾等二代半技术的核电站,三门及海阳AP1000示范项目三代技术的核电站,防城港“华龙一号”三代技术核电站及山东荣成高温气冷堆。
 
在轨道交通领域,动车组27.5KV高压电缆总成用特种热缩材料是铁路轨道交通装备电传动技术的重要组成部分,设计涉及到高压绝缘技术、绝缘材料技术、制作工艺技术和高压试验技术等,经过两年的试验开发已经可以全部替代美国TE公司和日本日立公司的产品,打破了国外技术封锁,完成了系列材料的国产化。同时低压防护热缩材料已应用在路轨电信号传输及电气化机车的电路保护上,可以起到绝缘密封及电磁屏蔽防护的功能。
 
“从整体来看,世界高端的热缩材料市场目前仍处于快速发展阶段,我国也不例外,高端热缩材料产品系列在不断扩展,材料体系在更新换代,关键性能提升,未来需求潜力巨大。”冉祥海指出,我国随着“一带一路”倡议进入全面展开的新阶段,国内产业结构升级和国际范围的产业转移,中国企业将在海外获得前所未有的发展机遇,预计新一代高铁、下一代轻量化地铁、新能源汽车与核能等清洁能源电力建设等将成为我国高端热缩材料未来增长速度较快的领域,从而有望拉动我国热缩材料行业进入新一轮高成长期。
 
认清发展形势,才能顺势而为,主动寻求突破。接下来,“长春应化所将传承老一辈热缩人的工匠精神,坚持理想、追求卓越、专业专注、精益求精,深入开展应用基础研究工作,完善系列高端热缩材料的制备技术,拓展系列制品的应用领域,围绕军民融合的发展方向,不断前行。”展望未来,冉祥海信心十足。■
 
《科学新闻》 (科学新闻2018年8月刊 硕果)
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