臨近春節(jié)，寒假中的鄭州大學(xué)一片寧靜。然而在南校區(qū)的鄭州大學(xué)工程塑料實驗室里，晚上十點依然燈火通明，團隊成員日復(fù)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(guān)。“與上海中能集團簽定技術(shù)轉(zhuǎn)讓合同之后，團隊多年的科技成果轉(zhuǎn)化落地，同時國家急需的關(guān)鍵新材料也將實現(xiàn)工業(yè)化、國產(chǎn)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(jīng)與設(shè)計院對接開始進行項目的工程設(shè)計。作為目前國內(nèi)產(chǎn)能最大的長碳鏈尼龍和耐高溫尼龍生產(chǎn)線建設(shè)項目，我們要配合好企業(yè)讓技術(shù)成果順利落地?！表椖恐鞒秩?、河南省先進尼龍材料及應(yīng)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(chǎn)技術(shù)”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(shù)轉(zhuǎn)移合同，技術(shù)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(chǎn)20萬噸長碳鏈尼龍和耐高溫尼龍生產(chǎn)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(shù)轉(zhuǎn)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。

以需求為導(dǎo)向，三代人堅守初心四十余年

“尼龍是五大通用工程塑料之一，已成為日常生活與成產(chǎn)中不可或缺的基礎(chǔ)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(shù)產(chǎn)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(zhuǎn)讓的專利技術(shù)，主要用于生產(chǎn)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(nèi)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(lǐng)域，國內(nèi)年需求量為5萬噸左右。這兩種材料的國產(chǎn)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(shù)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(chǎn)技術(shù)，是團隊成立以來三代人、40年余來堅持國家戰(zhàn)略導(dǎo)向，持之以恒辛勤耕耘的結(jié)果。1980年，在李相魁教授的領(lǐng)導(dǎo)下，鄭州大學(xué)工程塑料研究室正式成立，這是（原）鄭州大學(xué)最早的兩個研究機構(gòu)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(chǎn)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(lǐng)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(yīng)用研究。

80年代，國內(nèi)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(nèi)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(lǐng)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(chǎn)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(chǎn)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(nèi)熱熔膠市場，尼龍服裝熱熔膠由國外壟斷變成了國內(nèi)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(yīng)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(xué)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(nèi)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?qū)嶋H應(yīng)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(jīng)濟發(fā)展的重大需求?！壁w清香說。“從基礎(chǔ)研究、到實驗室、到中試、到產(chǎn)業(yè)化，我們都是以國家需求為導(dǎo)向來開展研究工作的?！?/p>

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(guān)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(guān)、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(nèi)形成了萬噸級生產(chǎn)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(yīng)用，為我國該戰(zhàn)略材料的研究開發(fā)作出了突出貢獻。

做科研要像尼龍一樣強韌耐磨

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(yīng)用領(lǐng)域尚不明確，學(xué)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(jīng)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(diào)侃道：“這就是我們尼龍人的強韌耐磨?。　笨啾M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(shù)。1998年，鄭州大學(xué)工程塑料實現(xiàn)了長碳鏈尼龍的工業(yè)生產(chǎn)，開創(chuàng)了尼龍生產(chǎn)新時代。目前我國長碳鏈尼龍已有萬噸級的生產(chǎn)規(guī)模，形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈，擁有全部知識產(chǎn)權(quán)，而且技術(shù)路線更經(jīng)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(shù)問題、基礎(chǔ)理論問題、應(yīng)用問題等，差一點點解決不了，就過不去一個坎。從技術(shù)突破到產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，科技創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化中高校和企業(yè)的銜接就是個重要關(guān)卡。企業(yè)以盈利為目的，很難相信一個實驗室產(chǎn)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(chǎn)，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(xué)結(jié)構(gòu)式和“強韌耐磨”字樣的襯衫?！翱蒲泄リP(guān)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(zhì)精神的人才能堅持下來，做出同樣品質(zhì)的產(chǎn)品?！闭n題組成員、材料科學(xué)與工程學(xué)院執(zhí)行院長龐新廠教授說。

突破“卡脖子”技術(shù) 走在世界前列

現(xiàn)在，該團隊的發(fā)展從原先四處碰壁變成了業(yè)內(nèi)自發(fā)找來的良好局面，鄭州大學(xué)特種尼龍研究在國際上占有一席之地，已成為業(yè)內(nèi)共識。2021年國慶前夕的一個學(xué)術(shù)會議上，劉民英與幾位學(xué)者談及高性能尼龍的反應(yīng)原理時說：“我們通過固體與固體反應(yīng)，一步就聚合成了高性能尼龍?！庇腥诉€覺得不可思議，這怎么可能？“怎么不可能？人家鄭大已經(jīng)做出來了?！逼渌麑＜艺f。

談起技術(shù)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(shù)、原料、裝備全部自主可控，完全實現(xiàn)國產(chǎn)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(yīng)用，我們基本上全覆蓋?！眲⒚裼⒄f。

尼龍合成工藝是鄭大工程塑料團隊的關(guān)鍵性創(chuàng)新點。用對苯二甲酸和二元胺發(fā)生反應(yīng)，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(zhì)尼龍單體制備的技術(shù)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(yīng)過程中總是在反應(yīng)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(yù)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(yīng)，投入是尼龍單體，產(chǎn)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(yīng)變成了一步反應(yīng)。

從兩步法到一步法，耐高溫半芳香尼龍生產(chǎn)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(shù)方法做，從原料投進去到產(chǎn)品產(chǎn)出需要100多個小時，用新技術(shù)做只需12個小時，而且效率更高、能耗更低，強度更高、品質(zhì)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(chǎn)。不過，一產(chǎn)出就是千噸級。

在“六五”和“九五”國家重點攻關(guān)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(xué)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(shù)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(chǎn)等原創(chuàng)性技術(shù)，獲國家發(fā)明專利40余項，授權(quán)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(xué)校濃厚的學(xué)術(shù)氛圍熏陶，學(xué)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(xué)工程塑料團隊已經(jīng)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(nèi)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(shù)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(dǎo)熱尼龍等一批鄭大品牌的高性能尼龍原創(chuàng)性技術(shù)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(lǐng)域默默地進行科技攻關(guān)，努力在高性能尼龍領(lǐng)域再攀高峰。（李艷麗）

工程塑料實驗室團隊

實驗室科研成果