东华大学3代科学家“专研”碳纤维 践行“纤维强国梦”

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从创建新中国第一个“化学纤维”专业的钱宝钧教授到潜心攻克高纯航天粘胶基碳纤维难题助力导弹飞天的潘鼎教授,再到科研攻关国产高性能碳纤维产业化的陈惠芳研究员,东华大学三代科学家“专研”碳纤维,接力科研攻关,为中国从“纤维大国”走向“纤维强国”贡献力量,把爱国之情、报国之志融入新时代中国特色社会主义的伟大事业之中。

解放初期,中国的纺织工业原料主要依靠天然纤维的棉、毛、麻、丝,远远不能满足亿万人民穿衣的需要。钱宝钧先生敏锐地意识到当务之急是发展化学纤维工业。为此,他提出要发展国内化学纤维工业,而要发展化纤工业,必须教育领先。为此,他于1954年与化纤专家方柏容教授联名上书纺织工业部,建议在华东纺织工学院创办第一个化纤专业,当年获批并招收培养一批化纤人才,极大地缓解了中国化纤人才短缺问题。

钱先生在上世纪五十年代初开创了中国以棉绒为原料的粘胶纤维研究。1976年,七十岁的他研制成功第一台纤维热机械分析仪;在步入八十高龄之时,他又不畏艰难开始了纤维大分子缠结理论研究,这是当时国际领先的科研项目。钱老带领学生使大分子缠结研究成果达到国际先进水平,为中国纺织纤维科学研究和教育的发展作出了突出的贡献。

“国家兴亡匹夫有责,做研究就应解决关键技术,服务国计民生。”这是改革开放恢复招收研究生后的第一届硕士生、钱宝钧先生的弟子潘鼎教授经常挂在嘴边的话。他从恩师手中接过科研报国的接力棒,用毕生的精力专注碳纤维一件事。

上世纪80年代,中国头号战略武器洲际导弹面临最后两项久攻不克的技术难题。其中一个“拦路虎”就是航天级高纯粘胶基碳纤维。在各方攻关始终未能成功的巨大压力下,潘鼎教授毅然决定勇挑重担,带领课题组向“卡脖子技术”发起冲击,改用新的碳丝路线来研制产品。

说起当年的困难,东华大学碳纤维项目组现学术带头人、2017年度国家科技进步奖一等奖获得者陈惠芳仍深有感触:“当年我们课题组可以说是‘三无’:一无研究资料和基础,二无场地,三无任何可以借鉴的经验哪怕是失败的经验。当时大家就在潘老师的带领下,一切从零开始、奋力一搏。”

陈惠芳老师回忆道,为了早日研制出国家急需的碳纤维产品,潘鼎教授经常通宵达旦地扑在生产一线,无论寒暑,不畏苦累,把车间当成家,困了就在钢平台上躺一会儿,有时甚至只睡两个小时就又投入到工作中。没有场地,课题组就借用一个大集体厂的废弃厂房,不管严寒酷暑,潘老师每天都要乘坐四个小时长途汽车到松江进行试验。学校的实验室面积不够,连洗手间都征用了……在如此艰苦的科研条件下苦战多年,潘鼎教授领衔的科研团队成功研制了集美、俄两国同类产品性能所长的航天级高纯粘胶基碳纤维,为战略武器飞天提供了关键性的技术支持。

潘鼎此举不仅填补了国内空白,让中国成为世界上第三个掌握航天级高纯粘胶基碳纤维研制技术的国家。

项目成功了,潘教授的身体却敲响了警钟,心脏多次进行手术,在2008年上海市庆祝教师节主题晚会上,主持人问及潘教授这样的付出是否值得?潘鼎响亮地回答:“这是国家的需要!这也是我对国家的承诺!我一生只做一件事,那就是国防尖端关键材料的研制。当年我为振兴中华而读书,今天我为中国之崛起而奋斗!”

2019年3月2日,潘鼎教授逝世,但是他科学报国、无私奉献的精神将在一代代东华材料人中传承下去。

碳纤维作为撑起大国重器的小材料,潘鼎用它为导弹编织“防护服”,陈惠芳从潘老手上接过接力棒,立足新征程使命,把科研方向瞄准国产碳纤维的产业化!她说:“要让中国高性能碳纤维更‘强’。”

谈及这份执着,陈惠芳告诉记者,高性能碳纤维是个好东西,但高昂的进口价格和严苛的技术封锁严重制约着中国碳纤维的发展。

“我就不相信咱中国人造不出高质量的高性能碳纤维!”怀着朴素的爱国情怀,陈惠芳凭着一股劲儿,全身心投入到高性能碳纤维的研究事业中。

如今,陈惠芳科研团队联合中复神鹰碳纤维有限责任公司通过不断摸索、反复实验,终于突破了制备高性能碳纤维的先进技术——干喷湿纺。

中国首个采用干喷湿纺工艺的千吨级碳纤维生产线已正式投产,技术达到国内领先水平,制备出的碳纤维产品性能与国际同类产品相当。随着技术的不断革新改进,如今,该条生产线每年能生产近5000吨原丝和2000吨碳丝,产品实现了产业化并批量供应市场,打破了国外高性能碳纤维企业在中国市场的长期垄断,该项目荣获2017年度国家科技进步一等奖。

陈惠芳表示,高性能碳纤维要实现完全自主国产化依旧需要不断地技术攻关,未来高性能碳纤维在大飞机、新能源汽车等领域都有着很大的应用前景,如今她的碳纤维团队中又补充了不少新鲜血液,千钧系于一丝,一代代东华人对于高性能碳纤维的研究永远不会止步,他们将用毕生精力为中国“纤维强国梦”贡献力量。

陈惠芳,1961年9月出生,材料学院材料加工学科研究员。主要从事碳纤维及碳素材料的研究,特别在PAN基、粘胶基碳纤维及其原丝方面开展过较多的工作,主持、参与并完成十余项国家科工委、科技部、自然基金、航天部门等科研项目,作为第二完成人获得了国家科技进步二等奖一项、省部级一等奖一项,二等奖、四等奖各一项。

潘鼎,1943年4月出生。东华大学材料学学科研究员、博士生导师。主要研究成果有“硝酸一步法聚丙烯腈原丝”获国防科委科技成果二等奖 、“化学纤维成型理论和结构性质的研究”获国家教委二等奖等。

主持了国防重大军工科研项目"300Kg/年粘胶基碳纤维扩试线"的研制,为我国烧蚀型粘胶基碳纤维填补了空白,解决了我国重大战略材料粘胶基碳纤维的严重短缺问题,为我国新型战略弹头防热层材料的发展作出了贡献。积极投身于我国军工部门急需的另一项目:"聚丙烯腈碳纤维原丝基础理论"的研究。他承担了上海市科委科学技术发展基金项目"干喷湿纺聚丙烯腈碳纤维原丝纤维结构性能的基础研究",同时承担了上海市重大科研项目"PAN基及RAYON基高效环保型活性碳纤维"的研究。他还作为863项目子课题"PAN原丝纺丝张力在线测试系统的研制"的顾问参与项目研究。作为领衔人物申报的国家自然科学基金委重点项目"高性能碳纤维制备中若干基础问题的研究"已经获得成功(科研经费350万元)。

钱宝钧 男,化学工程、化学纤维工程专家。1907年5月出生。1929年毕业于金陵大学,获理学士学位。1937年获英国曼彻斯特理工学院理工硕士学位。历任金陵大学理学院助教、讲师、教授、系主任,华东纺织工程学院系主任、教务长、副院长。现任中国纺织大学名誉校长、教授。他是我国著名的高分子和化学纤维学家。我国化学纤维工程学科的奠基人、开拓者,为我国化纤工业的创建和发展作出了重要贡献。在大分子缠结对高聚物结构性能和加工的影响以及在高性能冻胶纺聚-纶纤维的研究方面取得重大成果,对工程设计起了重要指导作用,1994年获国家教委科技进步三等奖。研究化学纤维成形理论和结构性质,设计研制了纤维染色均匀性测试仪和多功能纤维热机械分析仪,为仪器制造提供了技术基础,分别于1977年获上海市重大科技成果奖,1983年获纺织工业部科技进步三等奖,1987年获国家教委科技进步二等奖。培养了大批优秀人才,许多已成为学科带头人和工程技术专家。发表论文65篇。

其主要成就与贡献有:

一、从事科研和教育工作近70年,其成就涉及高分子学科和化学纤维学科中颇为广泛的领域,其论著、学术思想、创新的工作和成就对高分子和化纤学科的发展一直起着重要的影响,在国内和国际上都享有很高的声誉。为我国培养大批高级科技人才,许多已成为学科带头人和工程技术专家。

二、50年代建立的光学方法至今在纤维的科研中仍然颇有价值,他在染色均匀性测试仪的研制中采用的光学原理就与此有联系;还亲自研制自动记录应力、伸长收缩和对应的温度等的分析仪。这些研究成果分别获1983年纺织工业部科技进步三等奖,1987年获国家教委科技进步二等奖。

三、70年代,设计研制了纤维染色均匀性测试仪和多功能纤维热机械分析仪,为仪器制造提供了技术基础。1977年获上海市重大科技成果奖。

四、80年代前后在化学纤维结和性能、化学纤维成形理论以及高聚物及纤维的热分析方法等领域作了大量系统的基础研究,其中涤纶高速纺丝纺程上在线测量及成形机理的研究,曾得到国内外许多专家的好评,认为这些研究成果处于国际领先地位,为以后高速纺工艺的成熟和工业化技术转化打下了坚实的基础。有关腈纶纤维的结构、纤维素纤维的溶解性能、干湿纺成形等方面的研究报告,曾在一些国际年会上得到许多中外专家的高度评价。

五、90年代在大分子缠结领域取得了重大学术成果。首创了用溶胀热分析等实验方法研究大分子体系特别是化学纤维中大分子链缠结,从而开创了大分子缠结实验研究的新途径,《大分子缠结对高聚物结构性能及加工的影响》,1994年获国家教委三等奖。