說到超高分子量聚乙烯，相信這么專業(yè)、抽象的術(shù)語，很少有人知道它是做什么用的。實(shí)際上，它在我們的航空航天、國(guó)防軍工、海洋工程、石油化工、醫(yī)療器械等領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用。人工關(guān)節(jié)、電梯導(dǎo)軌、輸油管道……這些材料都用到超高分子量聚乙烯。
但一直以來，超高分子量聚乙烯制品的高效高品質(zhì)制造都是世界性難題。中國(guó)工程院院士、華南理工大學(xué)教授瞿金平團(tuán)隊(duì)聚焦這一技術(shù)難題，通過不懈努力，自主研發(fā)出超高分子量聚乙烯制品短流程高效制造技術(shù)，突破產(chǎn)品大規(guī)模推廣應(yīng)用的技術(shù)壁壘，從而帶動(dòng)上下游全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)升級(jí)。
向世界難題發(fā)起技術(shù)攻關(guān)
“超高分子量聚乙烯具備眾多優(yōu)異的性能，因?yàn)槠浞肿恿刻貏e大，是普通聚乙烯的十倍甚至上百倍，用它制作制品穩(wěn)定性好、耐磨損、耐腐蝕、耐沖擊、防生物附著、生物相容性好，因而使用壽命長(zhǎng)。”瞿金平團(tuán)隊(duì)成員、華南理工大學(xué)馮彥洪教授以人工關(guān)節(jié)為例介紹。
人工關(guān)節(jié)置換是治療因外傷、運(yùn)動(dòng)損傷、退變老化等原因?qū)е碌墓晒穷^壞死、關(guān)節(jié)損傷等疾病的有效手段之一。因?yàn)檫M(jìn)入人體內(nèi)使用，人工關(guān)節(jié)對(duì)材料要求極其苛刻。“由于超高分子量聚乙烯的生物相容性好，耐磨損，是非常好的人工關(guān)節(jié)材料。”馮彥洪說，“但是，如果超高分子量聚乙烯人工關(guān)節(jié)的制造技術(shù)不過關(guān)，使用過程如發(fā)生材料顆粒脫落，會(huì)產(chǎn)生炎癥，引起患者的不適。”
令人遺憾的是，由于超高分子量聚乙烯的加工難度大，生產(chǎn)效率低，制作成本高昂，高效率高品質(zhì)的制造成為一大技術(shù)難題，人工關(guān)節(jié)的材料與制品基本被國(guó)外壟斷，價(jià)格昂貴。
2016年，在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目支持下，瞿金平院士團(tuán)隊(duì)開始向超高分子量聚乙烯發(fā)起技術(shù)攻關(guān)。
創(chuàng)新加工方式實(shí)現(xiàn)高效制造
“我們最初設(shè)想采用拉伸流變加工技術(shù)，從改變加工方式入手解決超高分子量聚乙烯高效高品質(zhì)制造的國(guó)際難題。”馮彥洪介紹，拉伸流變技術(shù)屬于高分子材料加工方法的原始創(chuàng)新，由瞿金平院士在國(guó)際上率先提出并成功發(fā)明。
瞿金平帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)所取得的國(guó)際首創(chuàng)成果“體積拉伸流變塑化輸運(yùn)技術(shù)”，徹底顛覆傳統(tǒng)高分子材料加工原理。與傳統(tǒng)技術(shù)比較，新技術(shù)加工熱機(jī)械歷程縮短50%以上、能耗降低30%左右，對(duì)物料適應(yīng)性廣，加工制品的性能大幅提高，利于節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境。“剪切流變就像石磨磨細(xì)混合物料，過強(qiáng)的剪切會(huì)使高分子的大分子鏈斷裂；而拉伸流變就像手搟面和面，通過反復(fù)的壓縮、拉伸、折疊作用實(shí)現(xiàn)物料的混合，高分子的大分子鏈斷裂很少，更適用于超高分子量聚乙烯等極端流變塑料的加工成型。”瞿金平介紹。
“在此之上，我們可以高效、高質(zhì)量生產(chǎn)出超高分子量聚乙烯系列制品，從而形成超高分子聚乙烯制品短流程高效制造技術(shù)，突破產(chǎn)品大規(guī)模推廣應(yīng)用的技術(shù)壁壘。”馮彥洪說。
新技術(shù)生產(chǎn)效率提高10倍以上
超高分子聚乙烯制品短流程高效制造技術(shù)是一個(gè)全新的技術(shù)，它以國(guó)際首創(chuàng)的基于拉伸流變的偏心轉(zhuǎn)子加工方法代替了傳統(tǒng)的基于剪切流變的螺桿加工方法，使高性能超高分子量聚乙烯的高效生產(chǎn)成為可能。
新技術(shù)的出現(xiàn)，使極難加工的超高分子量聚乙烯生產(chǎn)效率提高10倍以上。“以管材為例生產(chǎn)，傳統(tǒng)技術(shù)一般只能做到每小時(shí)4米，而新技術(shù)能夠做到每小時(shí)40米以上，有效降低了產(chǎn)品庫(kù)存和資金占用成本。”馮彥洪說。據(jù)介紹，新技術(shù)下生產(chǎn)的制品缺陷減少，制品性能顯著提高；產(chǎn)品均勻性、穩(wěn)定性也有所提升；而且可以高效率地生產(chǎn)分子量超過300萬的制品，帶動(dòng)了高端應(yīng)用市場(chǎng)的需求，有效推動(dòng)超高分子量聚乙烯制品在石油化工、礦山疏浚、海洋工程、醫(yī)療器械等領(lǐng)域的大規(guī)模推廣應(yīng)用。
新技術(shù)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。“該技術(shù)節(jié)能降耗，綠色環(huán)保，用其替代鋼材，可減少相應(yīng)鋼材制造的排放。”馮彥洪表示，由于具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，破解了超高分子量聚乙烯高效高品質(zhì)加工國(guó)際難題，助推了相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)水平跨越式發(fā)展。在高端應(yīng)用領(lǐng)域替代進(jìn)口制品，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
去年5月，該技術(shù)相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)以超2000萬元的轉(zhuǎn)讓價(jià)格，在佛山順利落地。目前，團(tuán)隊(duì)正致力于該技術(shù)在全國(guó)范圍內(nèi)的推廣應(yīng)用，以滿足上游原材料研發(fā)、下游制品大規(guī)模應(yīng)用的迫切需求，實(shí)現(xiàn)大范圍的量產(chǎn)應(yīng)用，帶動(dòng)全產(chǎn)業(yè)鏈的跨越式發(fā)展。
