瞿金平：跟螺桿較勁的院士

王丹平 祝和平 滕繼濮

2016年1月8日，2015年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)在北京人民大會(huì)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(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。

這是瞿金平院士第三次獲國(guó)家科技獎(jiǎng)。因?yàn)閲?guó)家科技獎(jiǎng)的激勵(lì)作用，使得他能夠把研究持續(xù)地開(kāi)展下去。誰(shuí)也不曾想到，僅僅是利用上次獲得的五十萬(wàn)元人民幣的獎(jiǎng)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(kāi)過(guò)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(chǎng)技術(shù)升級(jí)換代“風(fēng)暴”，預(yù)計(jì)可以創(chuàng)造出一個(gè)上百億元的行業(yè)產(chǎn)值。

用五十萬(wàn)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(zhǎng)度越長(zhǎng)，塑料加工機(jī)械的能耗就越大，螺桿加工制造就越困難。隨著塑料品種不斷增加和制品要求不斷提高，螺桿的長(zhǎng)度是越來(lái)越長(zhǎng)。

從上世紀(jì)九十年代初開(kāi)始瞿金平一直致力于縮短螺桿的研究與探索，在國(guó)際上率先將周期性變化力場(chǎng)引入螺桿塑化加工過(guò)程，提出塑料動(dòng)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(dòng)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(méi)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(wèn)題從2006年獲得“國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)”二等獎(jiǎng)后學(xué)校頒發(fā)的五十萬(wàn)元獎(jiǎng)勵(lì)開(kāi)始，始終縈繞在瞿金平腦海中。

“當(dāng)時(shí)就想著，五十萬(wàn)元分給大家也就沒(méi)太大意思了，還不如集中起來(lái)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(guò)大家的舉手表決，一致同意把這筆獎(jiǎng)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(wèn)題上。

大道至簡(jiǎn)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(zhǎng)度以減少物料的輸送距離以及受熱歷程，甚至試過(guò)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?cè)桨l(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?！宾慕鹌接酶觳苍诿媲皺M著重重地往下擺了一下，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(shí)物料也承受了少量拉壓形變的作用。過(guò)去十幾年在研究塑料動(dòng)態(tài)塑化加工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，螺桿之所以能縮短是由于其軸向振動(dòng)增加了對(duì)物料的拉壓形變作用。如果反其道而行之，塑料加工時(shí)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(gè)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?！宾慕鹌秸f(shuō)?！袄炝髯儭碧?yuàn)W了，不好理解，你是否吃過(guò)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?lái)的而沒(méi)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(dòng)時(shí)帶動(dòng)物料輸送，同時(shí)隨流道截面積由小到大再由大到小周期性變化過(guò)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(guò)程中對(duì)物料很強(qiáng)的剪切作用使大分子鏈斷裂的問(wèn)題，如此一來(lái)，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(guó)際上打了翻身仗

新設(shè)備樣機(jī)生產(chǎn)出來(lái)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(lái)電話，激動(dòng)地表示要在設(shè)備正式投產(chǎn)以后第一時(shí)間告訴他們。

“經(jīng)過(guò)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(wú)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(guó)內(nèi)外高分子材料成型加工領(lǐng)域的重大創(chuàng)新，處于國(guó)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(guó)際橡膠塑料機(jī)械展覽會(huì)的時(shí)候，就有德國(guó)、意大利、日本等國(guó)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(wèn)是不是可以買(mǎi)我們的樣機(jī)。”瞿金平笑著說(shuō)。國(guó)內(nèi)塑料加工企業(yè)更是聞風(fēng)而動(dòng)，紛紛表達(dá)了求購(gòu)意向。

“目前國(guó)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(wú)螺桿塑化加工設(shè)備技術(shù)?！?/p>

面對(duì)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?！氨镜氐乃芰袭a(chǎn)業(yè)產(chǎn)量占據(jù)全國(guó)四分之一強(qiáng)，穩(wěn)居全國(guó)第一，在這里投產(chǎn)最合適。這是老行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的大好時(shí)機(jī)，也是我們?cè)趪?guó)際塑料加工機(jī)械領(lǐng)域打翻身仗的絕佳機(jī)會(huì)。”

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(guó)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(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)10%的市場(chǎng)份額，就可以創(chuàng)造22億元以上的產(chǎn)值。而要在國(guó)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(mén) 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(guó)工程院院士。30年來(lái)，瞿金平教授一直都在默默地研究著被很多人認(rèn)為冷門(mén)的塑料加工成型技術(shù)和設(shè)備。

30年來(lái)，多少個(gè)日日夜夜是在實(shí)驗(yàn)室度過(guò)的，瞿金平自己都數(shù)不清了。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(guó)發(fā)明專利金獎(jiǎng)，三獲國(guó)家科技獎(jiǎng)。瞿金平說(shuō)：“拉伸流變塑化輸運(yùn)加工技術(shù)已經(jīng)申請(qǐng)了30項(xiàng)中國(guó)發(fā)明專利，其中15項(xiàng)已獲得中國(guó)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(shí)產(chǎn)權(quán)體系?！?/p>

科研的道路漫長(zhǎng)而艱辛，甚至帶著一絲枯燥和乏味?！澳贻p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(jiǎn)單，做起來(lái)卻甚為不易。瞿金平表示，搞科研離不開(kāi)對(duì)科技前沿和行業(yè)發(fā)展的時(shí)刻關(guān)注，結(jié)合國(guó)家和社會(huì)的需要有針對(duì)性地開(kāi)展自己的科研工作，把來(lái)自方方面面的信息整合起來(lái)，為己所用。“這個(gè)過(guò)程很重要，只有這樣，才能保證你的研究?jī)?nèi)容永不落伍。”

（本文轉(zhuǎn)自《科技日?qǐng)?bào)》）