說到超高分子量聚乙烯，相信這么專業(yè)、抽象的術語，很少有人知道它是做什么用的。實際上，它在我們的航空航天、國防軍工、海洋工程、石油化工、醫(yī)療器械等領域發(fā)揮著舉足輕重的作用。人工關節(jié)、電梯導軌、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制造都是世界性難題。中國工程院院士、華南理工大學教授瞿金平團隊聚焦這一技術難題，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，突破產(chǎn)品大規(guī)模推廣應用的技術壁壘，從而帶動上下游全產(chǎn)業(yè)鏈技術升級。
·向世界難題發(fā)起技術攻關·
“超高分子量聚乙烯具備眾多優(yōu)異的性能，因為其分子量特別大，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。”瞿金平團隊成員、華南理工大學馮彥洪教授以人工關節(jié)為例介紹。
人工關節(jié)置換是治療因外傷、運動損傷、退變老化等原因導致的股骨頭壞死、關節(jié)損傷等疾病的有效手段之一。因為進入人體內(nèi)使用，人工關節(jié)對材料要求極其苛刻。“由于超高分子量聚乙烯的生物相容性好，耐磨損，是非常好的人工關節(jié)材料。”馮彥洪說，“但是，如果超高分子量聚乙烯人工關節(jié)的制造技術不過關，使用過程如發(fā)生材料顆粒脫落，會產(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，高效率高品質的制造成為一大技術難題，人工關節(jié)的材料與制品基本被國外壟斷，價格昂貴。
2016年，在國家重點研發(fā)計劃項目支持下，瞿金平院士團隊開始向超高分子量聚乙烯發(fā)起技術攻關。
·創(chuàng)新加工方式實現(xiàn)高效制造·
“我們最初設想采用拉伸流變加工技術，從改變加工方式入手解決超高分子量聚乙烯高效高品質制造的國際難題。”馮彥洪介紹，拉伸流變技術屬于高分子材料加工方法的原始創(chuàng)新，由瞿金平院士在國際上率先提出并成功發(fā)明。
瞿金平帶領團隊所取得的國際首創(chuàng)成果“體積拉伸流變塑化輸運技術”，徹底顛覆傳統(tǒng)高分子材料加工原理。
與傳統(tǒng)技術比較，新技術加工熱機械歷程縮短50%以上、能耗降低30%左右，對物料適應性廣，加工制品的性能大幅提高，利于節(jié)約資源和保護環(huán)境。“剪切流變就像石磨磨細混合物料，過強的剪切會使高分子的大分子鏈斷裂；而拉伸流變就像手搟面和面，通過反復的壓縮、拉伸、折疊作用實現(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，突破產(chǎn)品大規(guī)模推廣應用的技術壁壘。”馮彥洪說。
·新技術生產(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是一個全新的技術，它以國際首創(chuàng)的基于拉伸流變的偏心轉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)技術一般只能做到每小時4米，而新技術能夠做到每小時40米以上，有效降低了產(chǎn)品庫存和資金占用成本。”馮彥洪說。據(jù)介紹，新技術下生產(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，帶動了高端應用市場的需求，有效推動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)療器械等領域的大規(guī)模推廣應用。
新技術產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟和社會效益。“該技術節(jié)能降耗，綠色環(huán)保，用其替代鋼材，可減少相應鋼材制造的排放。”馮彥洪表示，由于具有自主知識產(chǎn)權，破解了超高分子量聚乙烯高效高品質加工國際難題，助推了相關產(chǎn)業(yè)鏈技術水平跨越式發(fā)展。在高端應用領域替代進口制品，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟效益。
去年5月，該技術相關知識產(chǎn)權以超2000萬元的轉讓價格，在佛山順利落地。目前，團隊正致力于該技術在全國范圍內(nèi)的推廣應用，以滿足上游原材料研發(fā)、下游制品大規(guī)模應用的迫切需求，實現(xiàn)大范圍的量產(chǎn)應用，帶動全產(chǎn)業(yè)鏈的跨越式發(fā)展。
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