瞿金平院士：潜心科研30载，为塑料加工带来颠覆性改变

瞿金平院士获2017年度广东省科学技术奖突出贡献奖。

潜心科研30载，为塑料加工带来颠覆性改变

——记2017年度广东省科学技术突出贡献奖获得者瞿金平

本报记者 冯海波 通讯员 华轩

在国内外率先提出高分子材料振动剪切流变和体积拉伸流变加工成型方法及原理，发明并研制成功一系列高分子材料成型加工新技术及装备，系统发展和拓展了高分子材料加工成型理论，实现了高分子材料加工由“稳态剪切”到“动态剪切”的变革、由“拖曳剪切”到“体积拉伸”的突破，突破了百年来高分子材料加工成型设备以“螺杆”为标志的发展模式……在高分子材料加工成型及机械领域一线从事教学与科学研究30多年，瞿金平院士取得了多项世界首创的科技成果，形成了一系列高分子产品先进制造成套技术装备，有效降低了高分子材料加工能耗、解决了多种难加工甚至不能加工物料的加工瓶颈问题，推动了高分子材料及相关产业的技术进步和可持续发展。在日前的全省科技创新大会上，他也荣获2017年度广东省科学技术突出贡献奖。

独辟蹊径走出塑料加工成型新路

“在科学上我不喜欢走前人走过的路，乐于独辟蹊径。”这是瞿金平院士对自己科研历程最大的感受。瞿金平是1977年恢复高考后的第一届大学生，1981年和1987年先后取得华南理工大学塑料机械学士学位和轻工机械硕士学位。从事塑料成型加工技术与装备及其理论的研究与教学30多年来，他一直都在默默地耕耘着被很多人认为冷门的塑料加工成型技术和设备。

塑料作为日常生活中再寻常不过的一种材料，早已深入到生活中的每一个细节。大到航空航天、交通运输，小到服装鞋帽、生活用品，都和塑料息息相关。然而长期以来，塑料生产行业存在着单位产值能耗高，其引起的环境污染问题也日益严峻。瞿金平说，螺杆作为塑料生产行业人所共知的代表性零部件，从塑料诞生的那天起就与之如影随形。“而这也正是造成塑料生产行业产生上述问题的症结所在。螺杆的长度越长，塑料加工机械的能耗越大。而当前随着塑料品种不断增加和制品要求不断提高，螺杆的长度也是越来越长，塑料生产的耗电更是节节攀高。”

从20世纪90年代初开始，瞿金平一直致力于缩短螺杆的研究与探索，在国际上率先将周期性变化力场引入螺杆塑化加工过程，提出塑料动态塑化加工成型方法及原理，发明塑料动态塑化加工设备并成功产业化，缩短了螺杆。这些成果相继获1997年国家技术发明奖二等奖、2006年国家科技进步奖。

巧解塑料加工行业能耗大难题

瞿金平及团队用塑料振动剪切形变动态加工方法缩短螺杆，在塑料加工降低能耗方面取得了突破性进展。但是螺杆始终还是存在，这也是塑料生产行业始终难以摆脱“电老虎”标签的根源所在。他和团队，又大胆提出了塑料体积拉伸形变动态加工方法，采用叶片替代螺杆，第一次较好地解决了不相容塑料加工的难题，实现了高分子材料“基于剪切流变加工”到“基于拉伸流变加工”的重大转变。

“塑料加工机械100多年都未曾离开过剪切流变塑化输运原理，如果我们按照国外的技术路线在该原理上进行创新，我们永远都是追随者，永远超过不了国外的技术。”瞿金平表示，从塑料加工的学术上讲，螺杆是靠给物料施加具有“剪刀差”的剪切形变而工作的，同时物料也承受了少量拉压形变的作用。他们过去20多年在研究塑料动态塑化加工过程中发现，螺杆之所以能缩短，是由于其轴向振动增加了对物料的拉压形变作用。“如果反其道而行之，塑料加工时主要承受拉压形变作用，而剪切形变作用是次要的，是否就可以不需要螺杆呢？”一个大胆的设想就这么诞生了。其成果“基于拉伸流变的高分子材料绿色加工成型技术”彻底颠覆传统加工原理，使物料热机械历程缩短50%以上、能耗降低30%左右，节约资源保护环境，解决了制约塑料加工行业发展的瓶颈问题。由此，该项技术也获得了2014年中国专利金奖、2015年度国家技术发明奖二等奖。

2016年12月16日，由瞿金平团队研发的全球首套双杆偏心转子式拉伸流变塑化输运加工设备正式交付企业使用。这项技术直接跨过国外技术屏障，代表了当今橡塑机械装备领域的最新成果和国际领先水平。

瞿金平（右一）在指导学生。

推动新型成型加工技术产业化

“生产1吨塑料需要耗费5吨原油，但石油总有一天会用完，我们需要寻找替代品”， 瞿金平说，当前石油很多是拿来做了合成高分子材料，“节省1吨塑料，相当是节省了5吨的原油，因此要尽量想办法用可再生的资源。托架、箱子，还有户外栏杆、园林设施等对塑料要求并不是那么高，可以尽量用废弃的生物质来做。”他表示，废弃的生物质含有大量的植物纤维，通过合成加工可做成一种塑料替代品，这需要一种新型的加工装备。而基于拉伸流变原理开发的高分子材料塑化输运方法及工艺设备，在有效提升高分子原料利用效率的同时，可制备高质量的生物质复合材料，推动生物质资源对石化资源的替代；可实现无分拣废旧塑料合金化加工，提高废旧塑料的循环利用率。瞿金平表示，应用这项技术及设备，可以将塑料原料的60%—70%置换成植物纤维，比如废弃的中药渣、甘蔗渣和秸秆等，不仅能极大减少塑料的使用量，减少“白色污染”，而且能实现废弃资源的有效利用。

农地膜覆盖种植技术在我国各个地区已经得到了广泛应用，但是残留在土壤中的地膜碎片产生了污染环境、破坏土壤结构等严重问题。为此，瞿金平院士团队还开展了高性能农地膜及其高质化再利用技术研究。通过高分子材料拉伸流变塑化输运、多层复合薄膜动态分配共挤吹塑、具有编织层自增强的薄膜成型、小口经塑料管道一步法双轴向拉伸挤出成型、大口径塑料管道喷流堆砌连续成型、塑料结构制件体积脉动形变注塑成型等新技术的集成，为生产制造具有超高性能、可全回收的农地膜并实现其高质化再利用提供了全新的方法、技术及设备。目前，相关技术研究已取得良好进展，有望突破农地膜应用中碎片残留这一技术瓶颈，为我国农业生产及经济可持续发展做出新贡献。

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为广东智能制造献计献策

作为广东省机械工程学会理事长、广东省智能制造专家委员会专家，瞿金平院士也多次在相关学术活动做专题报告，为广东智能制造献计献策。他认为，智能制造不仅仅是工业化和信息化的融合，而必须以产品创新作为智能制造的灵魂，推动制造业智能化发展。他表示，提升广东制造业国际地位，要在一些领域继续发挥后发优势的同时，在更多领域争取先发优势。他认为，广东制造必须重视产品创新对智能制造产业发展的推动作用，重视产品制造装备创新对基础工业制约的突破作用，重视先进标准建设对企业转型升级成长的倒逼作用。

瞿金平说，协同创新就是把产业链上的创业元素、创新资源集聚起来协作配合，发挥最大的效应、作用和效果。他建议，要发挥高校多学科结合的优势，要整合行业、企业等方面的资源，即科研院所与企业的紧密结合，搭建“机械工程”、“材料科学与工程”、“控制科学与工程”、“电子科学与技术”等多学科融合、多团队协同、多技术集成的高端制造装备共性技术研发平台，与制造业大中型骨干企业联合开展有组织的产学研协同创新研究，形成一条研发--产品--市场的“直通桥梁”，开发一批为广东省制造产业转型升级提供支撑的典型高端制造装备，并最终形成产品、产生效益，助推华南乃至全国制造业转型升级。

■ 人物

瞿金平 华南理工大学教授，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者，教育部“长江学者奖励计划”首批特聘教授，中国工程院院士、全国先进工作者，华南理工大学聚合物新型成型装备国家工程研究中心主任、聚合物成型加工工程教育部重点实验室主任。长期从事高分子材料新型成型加工技术与装备研究，先后承担国家级重大项目18项。相关成果获国家技术发明奖二等奖2项、国家科学技术进步奖二等奖1项、中国专利金奖2项、中国专利优秀奖1项，省部级科技奖励特等奖1项、一等奖4项等，获中国发明专利权40多件，国际发明专利3件；发表SCI收录论文200多篇，出版著作5部，成果产业化效果显著。2011年当选中国工程院院士。他与团队积极联合高分子材料加工成型装备制造及应用龙头企业，开展成果产业化协同创新研究，加速了自主创新成果的推广应用，打破我国高分子材料加工成型技术来源长期依靠模仿和引进的局面，促进相关产业转型升级，由此荣获2017年度广东省科学技术突出贡献奖。

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