臨近春節(jié)，寒假中的鄭州大學一片寧靜。然而在南校區(qū)的鄭州大學工程塑料實驗室里，晚上十點依然燈火通明，團隊成員日復一日地專注地工作著，處處洋溢著科研熱情，仿佛寒冷、假期都與之無關。“與上海中能集團簽定技術轉讓合同之后，團隊多年的科技成果轉化落地，同時國家急需的關鍵新材料也將實現(xiàn)工業(yè)化、國產化，我們團隊很高興，也很有壓力。目前我們正在配合企業(yè)進行項目的安全評估和環(huán)境評估工作，并已經與設計院對接開始進行項目的工程設計。作為目前國內產能最大的長碳鏈尼龍和耐高溫尼龍生產線建設項目，我們要配合好企業(yè)讓技術成果順利落地。”項目主持人、河南省先進尼龍材料及應用重點實驗室主任劉民英說。去年9月份，該團隊研發(fā)的“長碳鏈及耐高溫尼龍生產技術”與上海中能企業(yè)發(fā)展集團山西恒力新材料有限公司簽訂專利技術轉移合同，技術使用費達4000萬元。上海中能企業(yè)發(fā)展集團將采用該科技成果，計劃投資100億元左右，在“十四五”期間建成年產20萬噸長碳鏈尼龍和耐高溫尼龍生產線。尼龍繩、尼龍襪、尼龍袋……尼龍材料發(fā)展歷史悠久，使用范圍廣泛，以至于很多人感覺這個材料檔次不高、價值不大。這次鄭大的高性能尼龍技術轉讓再次刷新了人們對尼龍的認識。然而，高性能尼龍的研發(fā)歷程，攻堅克難背后的不易，目前還鮮為人知。“尼龍是五大通用工程塑料之一，已成為日常生活與成產中不可或缺的基礎樹脂品種，特別是隨著航空航天、艦船制造、核能發(fā)電、電子電器、石油化工、公路及軌道交通等國防軍工和高技術產業(yè)的快速發(fā)展，先進尼龍材料的市場需求越來越大。”團隊成員付鵬說。這次轉讓的專利技術，主要用于生產長碳鏈尼龍和耐高溫尼龍。這兩種尼龍前者有突出的柔韌性和耐低溫性，后者則有突出的耐高溫性能，都是國家急需的特種工程塑料戰(zhàn)略性材料。長碳鏈尼龍是服裝熱熔膠、汽車管材等特殊材科的不可替代品種，國內年需求量為3萬噸左右。耐高溫尼龍主要用于軌道交通、電子電器接插件和汽車發(fā)動機周邊部件等領域，國內年需求量為5萬噸左右。這兩種材料的國產化率不足15%，高性能品種被國外企業(yè)長期壟斷，并進行技術封鎖，我國每年需從國外進口7萬噸以上，進口價值超過百億元。高性能尼龍工程塑料生產技術，是團隊成立以來三代人、40年余來堅持國家戰(zhàn)略導向，持之以恒辛勤耕耘的結果。1980年，在李相魁教授的領導下，鄭州大學工程塑料研究室正式成立，這是（原）鄭州大學最早的兩個研究機構之一。而事實上，自上世紀60年代開始，把握工程塑料前沿方向，李相魁教授就開始了長碳鏈尼龍的研究開發(fā)工作，并以蓖麻油為主要原料合成長碳鏈尼龍11，且于1965年在校辦工廠建成了年產10噸的中試裝置。良師益友，薪火相傳，李相魁的兩位研究生趙清香和劉民英接過老師的接力棒，相繼作為實驗室?guī)ь^人帶領團隊在傳承不斷發(fā)展，深耕新型特種工程塑料的開發(fā)與應用研究。80年代，國內汽車的剎車管、輸油管等各種管子都是紫銅管，紫銅管不好加工，而且容易銹蝕。大雪之后國內外都是用鹽來融化公路上的積雪，紫銅管做的汽車管路就銹蝕得很厲害，而進口汽車主要采用耐低溫、耐油、耐磨、尺寸穩(wěn)定的長碳鏈尼龍11和尼龍12。但我們國家沒有這個材料，需要大量進口。同時服裝熱熔膠領域長碳鏈尼龍的比例也占到50%以上，用量很大，因此長碳鏈尼龍的進口價格在80年代一度超過20萬/噸。面對汽車、服裝行業(yè)的巨大需求，團隊開始了長碳鏈尼龍國產化替代的研究開發(fā)。在1998年首個長碳鏈雙號碼尼龍——尼龍1212實現(xiàn)工業(yè)化生產后，長碳鏈尼龍的價格目前已降至10萬/噸以下，而國外企業(yè)也早已退出了國內熱熔膠市場，尼龍服裝熱熔膠由國外壟斷變成了國內自足，并出口至海外市場。50余載研究歲月倏忽而過。工業(yè)應用研究容易受市場因素影響，由于尼龍市場行情變化，很多實驗室都改變了研究方向。但不管市場如何，鄭州大學工程塑料團隊堅持高性能尼龍工程塑料的研究方向，以打破國外壟斷，創(chuàng)造國內亟需的材料為己任，三代人、四十余年甘坐冷板凳，堅持到今天。科研能夠實際應用于祖國大地上才有價值。“我們的研究宗旨是瞄準國家的戰(zhàn)略需求，圍繞河南省的區(qū)域經濟發(fā)展的重大需求。”趙清香說。“從基礎研究、到實驗室、到中試、到產業(yè)化，我們都是以國家需求為導向來開展研究工作的。”目前該團隊已擁有90人左右的研究隊伍，核心隊員包括趙清香、劉民英、龐新廠、付鵬、崔喆等十余人，并取得碩果累累：獲得過國家發(fā)明獎、科技部-杜邦科技創(chuàng)新獎、“九五”科技攻關表彰獎、河南省科技進步一等獎、河南省創(chuàng)優(yōu)爭先獎牌等獎勵，承擔了國家重點科技攻關、國家“863計劃”和重點研發(fā)及大型橫向等科研項目20余項。成功研發(fā)出以PA1212為代表的長碳鏈尼龍和以PA12T為代表的耐高溫尼龍等高性能工程塑料系列新品種，并在國內形成了萬噸級生產規(guī)模，已在軌道交通、汽車、太陽能、航空航天、電子電氣等方面應用，為我國該戰(zhàn)略材料的研究開發(fā)作出了突出貢獻。尼龍類工程塑料的特點是強度高、有韌性而且特別耐磨，即強韌耐磨，是高分子材料里最耐磨的材料之一。強韌耐磨是尼龍的特性，也是工程塑料實驗室精神的最好寫照。自李相魁率團隊開始工程塑料的研發(fā)之路，漫漫征程中遇到了數(shù)不清的難題。長碳鏈尼龍PA1212的研制采用當時比較新穎的概念——生物發(fā)酵長鏈二元酸為原料，由于理論新穎，研發(fā)難度較高，且應用領域尚不明確，學界存在很大的疑議。在這項研究最不被看好的時期，團隊幾乎被斷絕了資金供給，團隊成員一度兌錢出差，就是為了給研究找來經費讓研究繼續(xù)下去。同時期研究這一課題的不少團隊都不堪壓力而解散。沒有休假，不見進展……但團隊仍堅持了下來。對那段回憶起條件艱苦的研發(fā)歲月，劉民英并沒有過多提及，反而用一種樂觀幽默的語言調侃道：“這就是我們尼龍人的強韌耐磨啊！”苦盡甘來，艱難也成了難忘的懷念。那一時期整個團隊徹夜不眠地思考解決方案、興奮地相互交流過程，實驗室變得比家還要熟悉。在咬牙堅守中，研究室最終開發(fā)成功了采用生物發(fā)酵二元酸合成長碳鏈尼龍1212的新技術。1998年，鄭州大學工程塑料實現(xiàn)了長碳鏈尼龍的工業(yè)生產，開創(chuàng)了尼龍生產新時代。目前我國長碳鏈尼龍已有萬噸級的生產規(guī)模，形成了完整的產業(yè)鏈，擁有全部知識產權，而且技術路線更經濟，效率更高，性能更好，完全可以替代美國、德國、日本、瑞士的尼龍11和尼龍12，迫使海外尼龍材料價格斷崖式下跌。在研究開發(fā)過程中總會遇到很多問題，技術問題、基礎理論問題、應用問題等，差一點點解決不了，就過不去一個坎。從技術突破到產業(yè)化發(fā)展，科技創(chuàng)新成果轉化中高校和企業(yè)的銜接就是個重要關卡。企業(yè)以盈利為目的，很難相信一個實驗室產品能帶來可觀效益。劉民英深刻地記得，實驗室合成尼龍之后，要找企業(yè)投產，很多企業(yè)因沒有先例而不愿意合作。第一次找企業(yè)合作，團隊在全國各地找了幾十家才有一家企業(yè)愿意一試。2017年，在工程塑料研究室組織的畢業(yè)生交流會上，前來參會的每位師生校友都獲贈了一份特別的禮物——一件印有團隊開創(chuàng)的尼龍1212化學結構式和“強韌耐磨”字樣的襯衫。“科研攻關意味著一往無前的熱情、攻堅克難的勇氣和矢志不渝的意志，不管順心不順心、順利不順利，都要堅持。正是具有‘強韌耐磨’這樣氣質精神的人才能堅持下來，做出同樣品質的產品。”課題組成員、材料科學與工程學院執(zhí)行院長龐新廠教授說。現(xiàn)在，該團隊的發(fā)展從原先四處碰壁變成了業(yè)內自發(fā)找來的良好局面，鄭州大學特種尼龍研究在國際上占有一席之地，已成為業(yè)內共識。2021年國慶前夕的一個學術會議上，劉民英與幾位學者談及高性能尼龍的反應原理時說：“我們通過固體與固體反應，一步就聚合成了高性能尼龍。”有人還覺得不可思議，這怎么可能？“怎么不可能？人家鄭大已經做出來了。”其他專家說。談起技術突破，劉民英極其自豪。團隊開發(fā)出了全世界第一套直接固相聚合工業(yè)裝置，從技術、原料、裝備全部自主可控，完全實現(xiàn)國產化。“我們既做面粉，還做面包、還軋面條、炸油條……從原材料的合成到成型、加工、應用，我們基本上全覆蓋。”劉民英說。尼龍合成工藝是鄭大工程塑料團隊的關鍵性創(chuàng)新點。用對苯二甲酸和二元胺發(fā)生反應，就得到耐高溫尼龍單體，再將單體聚合，就得到了耐高溫尼龍。這樣看似簡單的步驟，實則蘊含了高深的科技。團隊從2000年到2005年，歷時五年，才解決了高品質尼龍單體制備的技術難題。合成單體的制備解決了，但由于這種尼龍聚合物的熔體粘度很大，反應過程中總是在反應器壁上粘厚厚一層，工業(yè)上沒法實施。為了解決這個問題，國際上通常采用兩步法，先把它做成低粘度的預聚物，然后通過固相后聚合幾十個小時把分子量提上去。工程塑料團隊獨辟蹊徑，用尼龍鹽直接進行固相聚合，從鹽粉末到聚合物粉末，這種固體到固體的聚合反應，投入是尼龍單體，產出就是尼龍聚合體，徹底解決了工業(yè)上的大難題，而且把兩步反應變成了一步反應。從兩步法到一步法，耐高溫半芳香尼龍生產工藝顯示出極為顯著的優(yōu)越性。一種高粘度耐高溫尼龍，如果用之前的技術方法做，從原料投進去到產品產出需要100多個小時，用新技術做只需12個小時，而且效率更高、能耗更低，強度更高、品質更好。而在研發(fā)過程中，把兩步改成一步，僅僅這一步跨域就歷時16年——2000年開始研發(fā)，2016年投產。不過，一產出就是千噸級。在“六五”和“九五”國家重點攻關項目、“十二五”國家863、“十三五”國家重點研發(fā)計劃、河南省重大科技專項等項目的支持下，鄭州大學工程塑料研究團隊面向國家重大需求，堅持不懈、持之以恒，解決了長碳鏈尼龍和耐高溫尼龍工程化過程中的一系列重大技術難題，開發(fā)了耐高溫尼龍“水溶液成鹽”“直接固相聚合”、長碳鏈尼龍“氨氣循環(huán)利用”“水溶液連續(xù)聚合”、尼龍612萬噸級連續(xù)化生產等原創(chuàng)性技術，獲國家發(fā)明專利40余項，授權專利20余項。對于如何支撐著走到今天，劉民英用樸實的話語說：“除了科研人員進行前沿研究的原始動力外，學校濃厚的學術氛圍熏陶，學校、河南省和國家在科研平臺、科研項目等方面的大力投入和支持提供了重要保障。”不忘初心，方得始終。如今，鄭州大學工程塑料團隊已經打響品牌，除了此次與上海中能集團的合作，工程塑料研究團隊還先后在平煤神馬集團、河南能源化工集團、河南君恒實業(yè)等省內大型企業(yè)進行了科技項目合作，為中國工程塑料行業(yè)的自主自強提供了強有力的技術支持。立足當下，放眼未來，團隊不斷編織多彩“尼龍繩”，團隊正在做具有耐高溫、耐紫外輻射等苛刻的條件下可以工作的新型特種尼龍材料，尼龍彈性體、尼龍3D打印材料、高導熱尼龍等一批鄭大品牌的高性能尼龍原創(chuàng)性技術和材料，將源源不斷地走向市場，投入運用。團隊每一位每一個成員也正堅守“強韌耐磨”的尼龍精神，淡泊名利、胸懷家國，在國家急需戰(zhàn)略領域默默地進行科技攻關，努力在高性能尼龍領域再攀高峰。（李艷麗）
原文始發(fā)于微信公眾號（艾邦高分子）：鄭大故事：三代人，四十余年，鑄就“強韌耐磨”的尼龍科研精神
