臨近春節，寒假中的鄭州大學(xué)一片寧靜。然而在南校區的鄭州大學(xué)工程塑料實(shí)驗室里，晚上十點(diǎn)依然燈火通明，團隊成員日復一日地專(zhuān)注地工作著(zhù)，處處洋溢著(zhù)科研熱情，仿佛寒冷、假期都與之無(wú)關(guān)。“與上海中能集團簽定技術(shù)轉讓合同之后，團隊多年的科技成果轉化落地，同時(shí)國家急需的關(guān)鍵新材料也將實(shí)現工業(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(jìn)行項目的安全評估和環(huán)境評估工作，并已經(jīng)與設計院對接開(kāi)始進(jìn)行項目的工程設計。作為目前國內產(chǎn)能最大的長(cháng)碳鏈尼龍和耐高溫尼龍生產(chǎn)線(xiàn)建設項目，我們要配合好企業(yè)讓技術(shù)成果順利落地。”項目主持人、河南省先進(jìn)尼龍材料及應用重點(diǎn)實(shí)驗室主任劉民英說(shuō)。

去年9月份，該團隊研發(fā)的“長(cháng)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(zhuān)利技術(shù)轉移合同，技術(shù)使用費達4000萬(wàn)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(wàn)噸長(cháng)碳鏈尼龍和耐高溫尼龍生產(chǎn)線(xiàn)。

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(jué)這個(gè)材料檔次不高、價(jià)值不大。這次鄭大的高性能尼龍技術(shù)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。

以需求為導向，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)中不可或缺的基礎樹(shù)脂品種，特別是隨著(zhù)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(jìn)尼龍材料的市場(chǎng)需求越來(lái)越大。”團隊成員付鵬說(shuō)。

這次轉讓的專(zhuān)利技術(shù)，主要用于生產(chǎn)長(cháng)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略性材料。長(cháng)碳鏈尼龍是服裝熱熔膠、汽車(chē)管材等特殊材科的不可替代品種，國內年需求量為3萬(wàn)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(chē)發(fā)動(dòng)機周邊部件等領(lǐng)域，國內年需求量為5萬(wàn)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(cháng)期壟斷，并進(jìn)行技術(shù)封鎖，我國每年需從國外進(jìn)口7萬(wàn)噸以上，進(jìn)口價(jià)值超過(guò)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(lái)三代人、40年余來(lái)堅持國家戰略導向，持之以恒辛勤耕耘的結果。1980年，在李相魁教授的領(lǐng)導下，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(gè)研究機構之一。而事實(shí)上，自上世紀60年代開(kāi)始，把握工程塑料前沿方向，李相魁教授就開(kāi)始了長(cháng)碳鏈尼龍的研究開(kāi)發(fā)工作，并以蓖麻油為主要原料合成長(cháng)碳鏈尼龍11，且于1965年在校辦工廠(chǎng)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(guò)老師的接力棒，相繼作為實(shí)驗室帶頭人帶領(lǐng)團隊在傳承不斷發(fā)展，深耕新型特種工程塑料的開(kāi)發(fā)與應用研究。

80年代，國內汽車(chē)的剎車(chē)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(lái)融化公路上的積雪，紫銅管做的汽車(chē)管路就銹蝕得很厲害，而進(jìn)口汽車(chē)主要采用耐低溫、耐油、耐磨、尺寸穩定的長(cháng)碳鏈尼龍11和尼龍12。但我們國家沒(méi)有這個(gè)材料，需要大量進(jìn)口。同時(shí)服裝熱熔膠領(lǐng)域長(cháng)碳鏈尼龍的比例也占到50%以上，用量很大，因此長(cháng)碳鏈尼龍的進(jìn)口價(jià)格在80年代一度超過(guò)20萬(wàn)/噸。面對汽車(chē)、服裝行業(yè)的巨大需求，團隊開(kāi)始了長(cháng)碳鏈尼龍國產(chǎn)化替代的研究開(kāi)發(fā)。在1998年首個(gè)長(cháng)碳鏈雙號碼尼龍——尼龍1212實(shí)現工業(yè)化生產(chǎn)后，長(cháng)碳鏈尼龍的價(jià)格目前已降至10萬(wàn)/噸以下，而國外企業(yè)也早已退出了國內熱熔膠市場(chǎng)，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(chǎng)。

50余載研究歲月倏忽而過(guò)。工業(yè)應用研究容易受市場(chǎng)因素影響，由于尼龍市場(chǎng)行情變化，很多實(shí)驗室都改變了研究方向。但不管市場(chǎng)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(shí)際應用于祖國大地上才有價(jià)值。“我們的研究宗旨是瞄準國家的戰略需求，圍繞河南省的區域經(jīng)濟發(fā)展的重大需求。”趙清香說(shuō)。“從基礎研究、到實(shí)驗室、到中試、到產(chǎn)業(yè)化，我們都是以國家需求為導向來(lái)開(kāi)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(chǎng)、付鵬、崔喆等十余人，并取得碩果累累：獲得過(guò)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(jìn)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(diǎn)科技攻關(guān)、國家“863計劃”和重點(diǎn)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(cháng)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(wàn)噸級生產(chǎn)規模，已在軌道交通、汽車(chē)、太陽(yáng)能、航空航天、電子電氣等方面應用，為我國該戰略材料的研究開(kāi)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(lèi)工程塑料的特點(diǎn)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(shí)驗室精神的最好寫(xiě)照。

自李相魁率團隊開(kāi)始工程塑料的研發(fā)之路，漫漫征程中遇到了數不清的難題。長(cháng)碳鏈尼龍PA1212的研制采用當時(shí)比較新穎的概念——生物發(fā)酵長(cháng)鏈二元酸為原料，由于理論新穎，研發(fā)難度較高，且應用領(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(shí)期，團隊幾乎被斷絕了資金供給，團隊成員一度兌錢(qián)出差，就是為了給研究找來(lái)經(jīng)費讓研究繼續下去。同時(shí)期研究這一課題的不少團隊都不堪壓力而解散。

沒(méi)有休假，不見(jiàn)進(jìn)展……但團隊仍堅持了下來(lái)。對那段回憶起條件艱苦的研發(fā)歲月，劉民英并沒(méi)有過(guò)多提及，反而用一種樂(lè )觀(guān)幽默的語(yǔ)言調侃道：“這就是我們尼龍人的強韌耐磨啊！”苦盡甘來(lái)，艱難也成了難忘的懷念。那一時(shí)期整個(gè)團隊徹夜不眠地思考解決方案、興奮地相互交流過(guò)程，實(shí)驗室變得比家還要熟悉。在咬牙堅守中，研究室最終開(kāi)發(fā)成功了采用生物發(fā)酵二元酸合成長(cháng)碳鏈尼龍1212的新技術(shù)。1998年，鄭州大學(xué)工程塑料實(shí)現了長(cháng)碳鏈尼龍的工業(yè)生產(chǎn)，開(kāi)創(chuàng )了尼龍生產(chǎn)新時(shí)代。目前我國長(cháng)碳鏈尼龍已有萬(wàn)噸級的生產(chǎn)規模，形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈，擁有全部知識產(chǎn)權，而且技術(shù)路線(xiàn)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(jià)格斷崖式下跌。

在研究開(kāi)發(fā)過(guò)程中總會(huì )遇到很多問(wèn)題，技術(shù)問(wèn)題、基礎理論問(wèn)題、應用問(wèn)題等，差一點(diǎn)點(diǎn)解決不了，就過(guò)不去一個(gè)坎。從技術(shù)突破到產(chǎn)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(gè)重要關(guān)卡。企業(yè)以盈利為目的，很難相信一個(gè)實(shí)驗室產(chǎn)品能帶來(lái)可觀(guān)效益。劉民英深刻地記得，實(shí)驗室合成尼龍之后，要找企業(yè)投產(chǎn)，很多企業(yè)因沒(méi)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(huì )上，前來(lái)參會(huì )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(kāi)創(chuàng )的尼龍1212化學(xué)結構式和“強韌耐磨”字樣的襯衫。“科研攻關(guān)意味著(zhù)一往無(wú)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(lái)，做出同樣品質(zhì)的產(chǎn)品。”課題組成員、材料科學(xué)與工程學(xué)院執行院長(cháng)龐新廠(chǎng)教授說(shuō)。

突破“卡脖子”技術(shù) 走在世界前列

現在，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(lái)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)內共識。2021年國慶前夕的一個(gè)學(xué)術(shù)會(huì )議上，劉民英與幾位學(xué)者談及高性能尼龍的反應原理時(shí)說(shuō)：“我們通過(guò)固體與固體反應，一步就聚合成了高性能尼龍。”有人還覺(jué)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(lái)了。”其他專(zhuān)家說(shuō)。

談起技術(shù)突破，劉民英極其自豪。團隊開(kāi)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(shí)現國產(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、應用，我們基本上全覆蓋。”劉民英說(shuō)。

尼龍合成工藝是鄭大工程塑料團隊的關(guān)鍵性創(chuàng )新點(diǎn)。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(jiǎn)單的步驟，實(shí)則蘊含了高深的科技。

團隊從2000年到2005年，歷時(shí)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，反應過(guò)程中總是在反應器壁上粘厚厚一層，工業(yè)上沒(méi)法實(shí)施。為了解決這個(gè)問(wèn)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(guò)固相后聚合幾十個(gè)小時(shí)把分子量提上去。工程塑料團隊獨辟蹊徑，用尼龍鹽直接進(jìn)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(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(chǎn)工藝顯示出極為顯著(zhù)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(jìn)去到產(chǎn)品產(chǎn)出需要100多個(gè)小時(shí)，用新技術(shù)做只需12個(gè)小時(shí)，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(guò)程中，把兩步改成一步，僅僅這一步跨域就歷時(shí)16年——2000年開(kāi)始研發(fā)，2016年投產(chǎn)。不過(guò)，一產(chǎn)出就是千噸級。

在“六五”和“九五”國家重點(diǎn)攻關(guān)項目、“十二五”國家863、“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、河南省重大科技專(zhuān)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(cháng)碳鏈尼龍和耐高溫尼龍工程化過(guò)程中的一系列重大技術(shù)難題，開(kāi)發(fā)了耐高溫尼龍“水溶液成鹽”“直接固相聚合”、長(cháng)碳鏈尼龍“氨氣循環(huán)利用”“水溶液連續聚合”、尼龍612萬(wàn)噸級連續化生產(chǎn)等原創(chuàng )性技術(shù)，獲國家發(fā)明專(zhuān)利40余項，授權專(zhuān)利20余項。

對于如何支撐著(zhù)走到今天，劉民英用樸實(shí)的話(huà)語(yǔ)說(shuō)：“除了科研人員進(jìn)行前沿研究的原始動(dòng)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(shí)業(yè)等省內大型企業(yè)進(jìn)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(lái)，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(shù)和材料，將源源不斷地走向市場(chǎng)，投入運用。團隊每一位每一個(gè)成員也正堅守“強韌耐磨”的尼龍精神，淡泊名利、胸懷家國，在國家急需戰略領(lǐng)域默默地進(jìn)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(shí)驗室團隊

實(shí)驗室科研成果