匠心締造，丙綸成衣

1980年3月的一天，中國科學院化學研究所（以下簡稱化學所）的一間實驗室里，科研人員迎來了半天短暫的輕松時光。

化學所時任副所長錢人元和研究人員徐振淼、徐端夫、趙得祿、范慶榮圍坐在一張桌子旁，“擺拍”了一張照片。照片“C位”的幾卷彩色線卷，是滌綸、錦綸、丙綸、腈綸、維綸五大化學纖維中，當時我國唯一自主研究開發(fā)成功的化纖產(chǎn)品——丙綸。

那天，幾個人剛剛得知他們開發(fā)的“降低丙綸紡絲溫度新方法”獲得國家發(fā)明獎，因而合影留念，定格下喜悅與光榮。

1974年至1989年，化學所科研人員面向中國人穿衣問題的重大需求，匠心締造、開拓創(chuàng)新，突破丙綸穩(wěn)定紡絲新工藝，與企業(yè)密切合作，開發(fā)出一系列流動性好的聚丙烯紡絲專用料，為我國丙綸工業(yè)迅速發(fā)展奠定了基礎。

1 8億人穿衣的燃眉之急

20世紀70年代初，我國耕地少、人口多，糧棉爭地矛盾突出。如果把更多的耕地用來種糧食，糧食是夠了，但種棉花的耕地少了，棉花就不夠用了。這樣一來，在化纖紡織工業(yè)落后的情況下，用來生產(chǎn)服裝的天然纖維緊缺，解決全國8億人的穿衣問題成為當時的急迫需求。

已經(jīng)年過八旬的化學所原黨委書記馬福榮回憶起當時的情景依然心潮澎湃：“大家都在想，能不能開發(fā)出一個‘大品種’來，為國家作一些有用的貢獻？”

當時一些發(fā)達國家通過發(fā)展化學纖維，走出了紡織工業(yè)單一依賴天然纖維的困局。但我國化纖品種少、生產(chǎn)水平低，需要大量依賴進口。

科學家們下決心突破化纖行業(yè)的關鍵核心技術，自力更生解決8億人的穿衣問題。

1974年初，化學所安排錢人元帶領徐端夫、范慶榮等10多位科研人員和管理人員，前往全國各地開展廣泛調研。他們了解到，我國合成纖維的四大品種分別是維綸、腈綸、錦綸和滌綸，但這幾種“綸”的生產(chǎn)存在各種各樣的問題。

聚丙烯走進了科研人員的視野。我國石化工業(yè)已經(jīng)起步，丙烯來源多、數(shù)量大，卻遠未被充分利用。科研人員相信，將聚丙烯開發(fā)成合成纖維丙綸，一定能夠緩解8億人穿衣的燃眉之急。

一場由科學家擔當主力軍的“丙綸會戰(zhàn)”打響了。1974年，經(jīng)過大量調查和反復論證后，化學所制定了“研究開發(fā)穿著用聚丙烯纖維（丙綸）”的戰(zhàn)略決策，研究征程就此開啟。

此后20多年里，化學所先后有100多位科研人員參加聚丙烯研究?！熬郾┭芯空n題的提出，是由于當時國民經(jīng)濟發(fā)展的需要，是國家為解決8億人穿衣問題急需開發(fā)一種價廉物美的新的合成纖維向科學研究提出的一個重大課題?！?0世紀90年代，“丙綸會戰(zhàn)”結束后，時任化學所黨委書記陳本明、管理人員黃仁權在題為《從聚丙烯課題的立項、開題決策與組織實施，看科研管理在研究所發(fā)展中的戰(zhàn)略作用》的總結文章中這樣寫道。

2 原創(chuàng)思想解決紡絲難題

20世紀50年代開始，一些國家先后實現(xiàn)聚丙烯工業(yè)化生產(chǎn)。不過，國際上對開發(fā)聚丙烯作為服裝用纖維仍持懷疑態(tài)度——丙綸有明顯的缺點，主要是耐老化性能差和染色困難。在國內，只有上海國棉31廠試紡了一些便宜的丙棉織品投放市場。

1974年，錢人元和徐端夫來到江南的稻田里。嫩綠的稻苗隨風搖曳，農民在田間地頭辛勤勞作，揮汗如雨。

“丙綸的衣服你穿著感覺如何？”科學家的提問直奔主題。農民指著衣服上的破口回答：“便宜，但不耐穿，在田里干活穿不了3個月就破了。”

在科學家眼里，丙綸生產(chǎn)中的老化和染色等都屬于高分子化學問題，解決這些問題正是化學所的使命擔當?；瘜W所是全國最早開始高分子科學研究的機構之一，具有深厚的學科基礎。

早在20世紀60年代后期，化學所就成立了聚合物紡絲物理研究組，后來改為聚合物結構組。前期基礎工作為眼前的科技攻關奠定了基礎?！拔覀儗郾┻@個課題胸有成竹?！瘪R福榮表示。

“丙綸會戰(zhàn)”正式開始后，在錢人元的帶領下，徐端夫作為課題組較為年長的“大師兄”，組織科研人員從高分子化學的學科視角出發(fā)，開展基礎研究。

從科學原理上講，聚丙烯加工成丙綸，要先將聚丙烯顆粒在擠出機中高溫熔化，使其從固體狀態(tài)轉變?yōu)橐后w狀態(tài)的熔體，并添加防老化劑、阻燃劑等助劑；熔體再通過紡絲機械設備快速噴出，形成連續(xù)的纖維細絲。

通俗地說，這個過程好比把彩色糖果顆粒制成糖絲。糖果顆粒通過加熱，原本堅硬的固體先變軟成為糖漿，相當于聚丙烯顆粒在高溫下熔化，從固體狀態(tài)轉變?yōu)橐后w狀態(tài)的熔體。同時，為了讓這些糖果更美味，還得加入特殊“調料”，相當于在聚丙烯中加入防老化劑和阻燃劑。

接下來，把糖漿倒入特殊的噴槍中，最終“噴”出細糖絲，這些糖絲冷卻后變硬、有韌性。這是熔體通過紡絲機械形成連續(xù)的丙綸細絲的過程。

科研人員發(fā)現(xiàn)，丙綸產(chǎn)品性能不佳的根本原因在于聚丙烯熔體形成細絲的“紡絲溫度”過高。這不僅使助劑流失，影響纖維質量，各種助劑的高溫分解還嚴重污染生產(chǎn)環(huán)境，影響工人健康。

為此，錢人元帶著科研團隊展開了多次研討?！坝袥]有可能是聚丙烯中高分子量‘尾端’部分的問題？”一次討論中，錢人元提出了這個問題。

“分子量”往往用來反映一個分子或者特定單元的質量大小。從高分子物理角度看，聚丙烯是一條由丙烯分子聚在一起形成的長鏈。聚合過程中分子鏈的增長和終止具有隨機性，致使長鏈長短不一，因此在紡絲過程中的結晶和取向行為不盡相同。

經(jīng)過深入思考，徐端夫等提出一個全新觀點：聚丙烯中的高分子量“尾端”部分對結晶和取向更加“敏感”，在紡絲過程中更容易產(chǎn)生結晶。這樣，卷繞絲的牽伸性能和成品纖維的力學性能就會顯著變差。

在一次討論中，徐端夫敏銳地抓住問題本質：“高分子量‘尾端’部分是聚丙烯紡絲研究中的核心問題?！?/p>

“如果想辦法把高分子量部分的分子量降下來，也許可以避免這個問題?！薄斑€需要設計一些實驗來證明?！庇懻撝?，大家各自貢獻智慧，逐漸形成了未來研究的方向。

徐端夫與范慶榮、趙得祿等用實驗結果證明了他們的猜想，消除聚丙烯中的高分子量“尾端”部分，更容易加工出優(yōu)質聚丙烯纖維。

20世紀70年代后期，他們在國際高分子學術會議上首次公開了這一實驗結果?！霸S多國際專家都認可了這一發(fā)現(xiàn)，認為這是中國科學家的原創(chuàng)。”現(xiàn)在，范慶榮仍為此深感自豪，“要實現(xiàn)國家科技自立自強，離不開我們腳踏實地地深耕一個領域，瞄準科學問題，提出原創(chuàng)科學思想?！?/p>

3 “降溫母粒”，從科學發(fā)現(xiàn)到生產(chǎn)線

在突破原理的實驗中，科研人員獲得了降低聚丙烯分子量的多次造粒方法，即對高分子原料進行多次顆?；幚?。

遺憾的是，這個辦法工業(yè)上難以實現(xiàn)。國際上既沒有工業(yè)化經(jīng)驗可供借鑒，也沒有成套設備可引進。一時間，消極情緒在團隊中彌漫?！爸灰覀兣ψ?，一定可以做出來?！毙於朔蚪?jīng)常鼓勵大家。

那么，究竟哪種分子量調節(jié)劑才是“最優(yōu)選”？徐端夫帶著科研人員，首先圍繞當時主流的有機硫化合物類型分子量調節(jié)劑開展了探索。他們在全國范圍內的化工廠圍繞10多個有機硫化合物開展了紡絲試驗，結果不盡如人意。

所幸，大家沒有動搖最初的信念?！俺藞猿窒氯ィ瑳]有其他選擇?！狈稇c榮回憶。

這時，他們在浩瀚的文獻中挖掘出一個新方向。有機過氧化物起作用的溫度較低，反應速度較快，能及時快速調節(jié)聚丙烯的分子量，在后續(xù)紡絲過程中分子量變化較小。如此一來，既能避免一般紡絲過程中聚丙烯分子降解所需要的高溫，又能保證紡絲熔體的均勻穩(wěn)定，滿足紡制優(yōu)質丙綸纖維所需的基本條件。這一發(fā)現(xiàn)猶如黑暗里的一束光，激勵著他們繼續(xù)前行。

沿著這一束光，他們在化工產(chǎn)品目錄上一個一個找，又一個一個排除。最終鎖定了過氧化二異丙苯（DCP）、過氧化二叔丁基（DTBP）、雙二五、過氧化雙酚等4種過氧化物。

出乎意料的是，科學家的想法卻遭到了工業(yè)界的強烈反對。有機過氧化物遇熱會發(fā)生強烈分解，很多人既擔心試驗的安全性，又擔心過氧化物中的自由基會加速產(chǎn)品老化?！耙宦犝f過氧化物有爆炸風險，企業(yè)都不愿意用，紡絲試驗就做不了?！狈稇c榮說。

徐端夫等在充分的文獻調研和實驗室大量實驗研究的基礎上，為安全進行工業(yè)化試驗制定了嚴密方案。徐端夫的人物傳記《星光閃耀》中描述了這一場景：“第一次在工廠試驗時，現(xiàn)場氣氛很緊張，消防車在車間外嚴陣以待，徐端夫在車間內鎮(zhèn)定主持。隨著試驗按照預定步驟平穩(wěn)進行，大家才放下心來。”

成功了！眼看丙綸細絲從紡絲機中噴出，細而有韌性，徐端夫深感欣慰，堅持多年的潛心探索終于到達彼岸，當初丙綸制衣的夢想就在眼前。

化學所在突破原理的基礎上，與多家工廠聯(lián)合完成一系列丙綸配方試驗，結果排除了過氧化雙酚、DCP、雙二五，DTBP最終勝出。隨后對DTBP開展的老化試驗表明，加入較少量即0.06%至0.07%的DTBP時，對其耐老化性能沒有明顯影響。

對于降溫母粒創(chuàng)新的意義，可以這樣通俗地理解：造粒之前就把過氧化物加進去，解決了過氧化物易揮發(fā)的問題，讓反應體系更加穩(wěn)定，形成了核心技術。在工廠原有的生產(chǎn)線上，將適量降溫母?；烊肷唐坊郾渲现校涂梢詫崿F(xiàn)順利紡絲。這種簡單高效的方式是工業(yè)界樂見的。

1979年，“有機過氧化物控制降解法降低丙綸紡絲溫度的研究”通過中國科學院的成果鑒定；1980年，“降低丙綸紡絲溫度新方法”獲得國家發(fā)明獎。

4 丙綸成衣，不斷革新

國家“六五”計劃開始后，化學所組織了降溫母粒的研制和工業(yè)化試生產(chǎn)。結果表明，降溫母粒用于丙綸工業(yè)生產(chǎn)，不僅可以提高纖維質量和成品率，還可以提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約能源，減少污染。

20世紀80年代，我國衣用丙綸長絲快速發(fā)展，但20家小化纖廠的丙綸年總產(chǎn)量僅幾千噸，明顯供不應求，降溫母粒法也僅適用于小批量生產(chǎn)。

面對這一局面，徐端夫深感責任在肩，科學家的探索之路還長，絕不能停下腳步。

徐端夫積極奔走，多方爭取機會。最終，1982年，化學所與遼陽石化化纖公司（以下簡稱遼化）簽訂聯(lián)合開發(fā)技術協(xié)議，革新聚丙烯生產(chǎn)裝置和生產(chǎn)工藝，開發(fā)出系列紡絲專用樹脂新牌號，填補了國內空白。

這種聚丙烯樹脂的命名也傾注了徐端夫的心思。例如，成功應用于紡絲的兩種聚丙烯樹脂的熔融指數(shù)分別是18、26，他據(jù)此將其分別命名為“70218”“70226”。熔融指數(shù)越大，意味著樹脂熔化后的流動性越好。

1984年，化學所與遼化聯(lián)合10多家單位組成一條龍協(xié)作攻關。試制試紡表明，新樹脂各項質量指標均達到同期國際同類產(chǎn)品先進水平。1986年至1989年，遼化共生產(chǎn)兩種新牌號丙綸級樹脂16667噸，多創(chuàng)利稅1529萬元，節(jié)約外匯2000多萬美元。

1989年，“丙綸級聚丙烯樹脂的研制、工業(yè)化生產(chǎn)和應用”獲得國家科技進步獎一等獎?！按疝q現(xiàn)場，有專家對這項成果給予很高評價，認為這是一個科研與生產(chǎn)相結合、科技轉化為生產(chǎn)力的典型項目，經(jīng)驗值得推廣?！眳⑴c此次評審答辯的馬福榮說。

5 細旦、超細旦，續(xù)寫輝煌

在丙綸級樹脂取得成功的同時，徐端夫敏銳地覺察到，國際化纖研究呈現(xiàn)向“細旦化”發(fā)展的趨勢?！暗笔呛饬坷w維粗細程度的單位，數(shù)值越小，纖維越細、越柔軟。

自1988年起，他帶領課題組陸續(xù)開發(fā)出具有國際領先水平的細旦、超細旦丙綸長絲及其聚丙烯紡絲專用料與相關技術。1992年11月，“細旦、超細旦丙綸長絲及制品”項目被列為國家“產(chǎn)學研”高技術產(chǎn)業(yè)化首選項目。

突破之后，再次突破。科研團隊從1995年起開展了衣著用細旦、超細旦丙綸短纖維制造技術研究。用細旦、超細旦丙綸制成的織物，有突出的疏水導濕性能，手感柔軟、滑爽。細旦丙綸還可以與棉纖維、蠶絲等混紡，制作性能優(yōu)良的功能服裝。

徐端夫經(jīng)常給同事、同行展示丙綸制成的衣服，晚年在病榻上也穿著丙綸衣服。馬福榮親眼見過那件衣服，“里面是丙綸的、外面是棉的，徐先生說出汗很快就排走了，穿著很舒服”。

今天，那場“丙綸會戰(zhàn)”早已結束，主力隊員錢人元、徐端夫分別于2003年、2006年逝世，其他成員也大都是耄耋老人。

令人欣慰的是，科學研究仍在延續(xù)。

沿著錢人元、徐端夫等開創(chuàng)的科研之路，化學所科研人員著力面向國家重大戰(zhàn)略需求，開發(fā)出多項高性能聚丙烯產(chǎn)品。例如，他們對面向國家金融安全的高分子薄膜-雙向拉伸聚丙烯薄膜制備技術難題進行了10多年攻關，實現(xiàn)了工業(yè)化穩(wěn)定生產(chǎn)。

面向未來，化學所科研人員將繼承和發(fā)揚前輩的學術思想與科學家精神，依托中國科學院建制化、體系化基礎研究的優(yōu)勢，奮力搶占科技制高點，推動高分子材料領域的科技進步，為國家重大需求服務。