作者:孙庆华 黄辛 来源:中国科学报 发布时间:2021/11/7 15:48:01
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到企业中去发现问题解决问题
——记东华大学材料学院朱美芳院士团队

 

朱美芳(中)在生产一线指导交流制备抗菌功能母粒。东华大学供图

近日,中国科学院院士、东华大学材料学院院长朱美芳团队“有机无机原位杂化构筑高感性多功能纤维的关键技术”项目荣获2020年度国家技术发明奖二等奖,科技在功能纤维领域再度赋能,让我们离“穿得健康”更近了一步。

总把难题当课题

“‘要到企业中去发现问题,调研问题,提出解决方案,再加以实施、总结’,这是朱老师经常和大家说的话。”团队成员、材料学院博士后周家良说。我国化纤产量占全球70%,其中超过八成是量大面广的聚酯和聚酰胺纤维,且同质同构现象较为严重。高感性多功能的高品质纤维供给不足,功能化产品比例偏低。因此,兼具抗菌、阻燃等健康防护和舒适亲肤等高感性多功能纤维的研发,成为国家行业急需和国际竞争的焦点。

记者了解到,在高感性多功能纤维产业化过程中,有三大关键技术瓶颈亟待突破,功能组分在聚合物基体中添加量多、分散性差;功能材料在高温熔融纺丝加工中不稳定、功效不耐久;功能纤维连续化加工难、制成率低等。

在朱美芳看来,科研就是每天在挫折中前进,做科研最大的魅力就在于发现问题、解决问题。十余年来,她带领团队在杂化材料设计制备及其高感性多功能纤维开发领域不断从实际需求中寻找问题,破解难题。

为此,项目组先后承担了一系列国家、地方和企业任务,提出并发展了国际前沿的有机-无机杂化技术,基于功能导向与构效协同,将有机组分的可设计性和无机组分的功能性,通过两相界面调控完美结合,率先提出了聚酯、聚酰胺纤维全流程功能化杂化技术开发思路,并建立了多功能、高感性聚酯和聚酰胺纤维全链条技术开发体系,创立了三大技术发明点,形成了六大发明技术。

低添加实现高效能

说到纳米材料,人们恐怕都不陌生。但如何把纳米材料添加到高分子材料中,并充分发挥其功能,这道加法题让不少研究者犯了难。周家良说,我们研究的是抗菌聚酯加工理论和方法,加上纳米粒子,是多项高分子材料功能杂化的项目,其目的是实现材料功能的协同叠加,不让“打群架”。添加量是其中的关键要素,量高,材料间的相互影响随之增大;量低,对纤维成型影响小。如何做到添加量小,但功能性保持和感性增强是关键。

针对金属系功能组分在聚酯高温聚合中极易自团聚,而失稳失效的难题,团队发明了溶胶原位聚合和原位氧化还原两项技术,实现了抗菌功能聚酯的一步原位杂化、金属系功能单元的设计构筑及其在高温高粘度复杂流体中的均匀稳定分散,制备了“低含量、高分散、高效能”的抗菌功能聚酯。

此外,团队还发明了抗菌阻燃功能杂化材料一体化制备技术。针对复杂加工条件下,功能材料不稳定、不持久、不协效等难题,研发了高热稳定抗菌阻燃杂化磷酸锆制备和高含量多功能杂化协效母粒制备技术。一体化制备了形貌可控、高温熔融加工不变色、持久高效抗菌阻燃杂化功能材料,应用于多功能聚酯、再生聚酯和聚酰胺纤维,还拓展用于功能薄膜、工程塑料等领域。

项目建立了多功能、高感性聚酯和聚酰胺纤维全链条技术开发体系。同时,针对功能聚酯、聚酰胺可纺性下降,功能性和舒适性难统一的瓶颈,发明了多功能高感性杂化纤维纺丝技术,构建了杂化功能聚合物熔融两相纺丝动力学模型。团队在杂化功能聚合物的剪切、拉伸流变行为研究基础上,专门设计开发了十余种杂化纤维专用高异形度异形喷丝板,产品色泽柔和,赋予人体舒适感。在万吨级短纤、长丝生产线上,实现多功能原生(再生)聚酯长丝、短丝及聚酰胺纤维的规模化生产,制成率从90%提高到97%,成本直降三成。

据了解,该项目整体技术在恒逸、德福伦、恒申、美达、龙福等国内化纤龙头企业全面应用和产业化,开发了5大系列30多类功能产品,被广泛用于服饰家纺、交通运输、安全防护和国防军工等领域,系列成果引领纤维多功能化科技进步和产业升级,示范效应显著。

“1+1>2”最科技的青春告白

用“团结就是力量”来形容这支团队恐怕再贴切不过,既有60、70、80后梯队排布均衡之阵,又有80后戮力协作之势,团队和个人优势得到了充分的发挥。

“科技创新,英雄不问出处,更不能人云亦云、简单照搬。科研人才只有经过长期培养和积淀才能拥有揭榜挂帅的底气和能力。做研究要静下心来,坚持基础研究和问题导向相结合,把问题想得多一点,困难想得大一点。做好打持久战的准备,不断积累实战经验。”11月3日中午,刚刚走出人民大会堂颁奖大会现场的朱美芳激动地说。

孙宾、周哲是在团队工作时间最长、企业工作经历较丰富的骨干。自打进了东华,他们便开始跟着朱美芳教授去企业调研交流,后来自己带学生下车间。从被动跟着学到主动思考做,大家积极挖潜参与校企联合项目研究的经验,角色变了、任务重了、能力也强了。师生配合、校企联合、团队协同,理论“路障”打通了,技术工艺可重复性也实现了。

从“科班”到“青椒”的相恒学从博士阶段起就跟随朱美芳教授做科研。他风趣地说,“自己的角色类似课题组的项目小组长”,需求、谈判、方案、结果……在他心里都有本“明白账”。 为跟进实验过程,简易版铺盖卷成了办公室的“流行装备”。有时候,一个月在企业最多要待上差不多20天。说起这些撸起袖子加油干的往事,七尺男儿们的话语里充满了自豪。

自本科算起,“80后”团队成员成艳华进组已有十多年。从当年朱老师手把手地教,到如今能够在基础研究领域“单兵作战”, 年初刚当上“新妈”的成老师在接受记者采访时骨子里的拼劲儿满溢于言表。她说,很幸运在这个有高度、速度和温度的团队中打拼着。深入工厂、查阅文献原版书籍、讨论到深夜甚至凌晨……

每个人都明确团队的共同目标:解决国家重大战略问题,解决“卡脖子”技术难题。一个人的贡献是非常有限的,朱老师喜欢把团队成员们叫拢来,每个人对解决问题发表自己的意见。这个过程其实更是相互学习的良机,学如何处理复杂问题的能力,学如何在和团队中建立有效合作,学如何保持良好竞争等等。

 
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