在近日举行的国家科学技术奖励大会上,由中国平煤神马集团牵头、多所高校和科研院所联合研发的高性能聚酰胺66工业丝关键技术及高端轮胎应用项目,荣获国家科技进步奖二等奖。
这张分量厚重的证书背后,是中国平煤神马集团科研团队在没有成熟经验可借鉴的情况下,扎根新材料前沿领域10年,一点点突破、一步步赶超,最终啃下高端工业丝量产应用这块行业“硬骨头”的坚守。
看似普通的丝线,其实极难制造
飞机轮胎、高端重卡轮胎之所以结实耐用、安全可靠,核心秘密藏在一根细细的纤维里——聚酰胺66工业丝。
这种丝线织成的布,就是轮胎内部的“骨架”,相当于轮胎的“钢筋”。飞机降落的一瞬间,上百吨重量砸在轮胎上,反复挤压、快速升温、高频变形,全都靠这层纤维骨架扛住。骨架材料好不好,直接决定轮胎安不安全、耐不耐用。
普通尼龙材料在生活中随处可见,国内产量也很大。但能用于飞机、高端工业轮胎的高端尼龙66丝,对均匀度、稳定性、耐高温、耐疲劳的要求极高。“10年前,国内高端航空轮胎配套材料基本依赖外部供应,高端材料配套能力不足,始终是行业发展的一块短板。”中国平煤神马集团党委常委、副总经理,神马实业股份有限公司党委书记王安乐表示,制造业想要做强做大,基础材料必须牢牢掌握在自己手里。企业因此下定决心,攻坚高端尼龙材料技术,补齐国内产业短板。
“立项之初,团队就达成共识:这不是单纯的企业科研项目,而是一场必须打赢的国家产业升级攻坚战。我们立下誓言,不突破全套自主核心技术决不收兵,一定要把尼龙产业发展的主动权牢牢攥在中国人自己手里。”王安乐说。
在普通人眼里,尼龙丝是很常见的材料,为什么高端航空级丝线,全世界只有少数企业能做?
一位一线研发工程师告诉记者,高端工业丝难就难在普通人很难想象的3个技术难题,也是行业几十年难以突破的瓶颈。
第一,材料太“娇气”,生产极难把控。高端尼龙融化后的液体非常黏稠,像熬得极浓的糖浆。想要拉出顶级丝线,全程温度、压力、真空度必须控制好,温度波动超1℃,成品强度、耐用度就会大幅下降。传统设备控温不准、搅拌不均,生产出来的丝线粗细不均、性能不稳,在航空轮胎上根本用不了。
第二,规模化量产特别难,很难做到“万丝如一”。过去传统做法是先做成颗粒,再重新融化拉丝。工序多、杂质多、能耗高、瑕疵多。更先进的技术是“熔体直纺”,省去中间步骤、品质更好。但难点在于一条生产线同时要拉出上万根细丝,上万根丝线要做到松紧一致、粗细一致、性能一致,难度极高。稍有偏差就会断丝、品质参差不齐。
第三,丝线和轮胎橡胶很难“完美搭档”。就算造出好丝线,也不代表能用在高端轮胎上。丝线和橡胶怎么贴合、怎么耐高温、怎么抗老化、怎么经得起上万次挤压不变形,整套搭配工艺非常复杂。过去国内缺少成熟配套技术,丝线容易脱层、开裂,达不到高端装备安全标准。
“普通尼龙丝只要能用就行,航空级工业丝要做到几万次高强度使用不出问题。”这位工程师坦言,10年攻关全程都是从零摸索,没有现成参数、没有成熟模板,只能一次次试验、一次次推翻重来。
10年千次试验,拼出全套国产技术
从2014年开始,中国平煤神马集团牵头联合多所高校、科研院所,组建跨专业科研团队,不走照搬模仿的老路,全套技术、全套设备、全套工艺自主研发。
针对设备短板,团队重新设计生产装置,改良核心设备结构,精准解决了黏稠物料搅拌不均、脱水不干净、性能不稳定的问题,让每一批原料品质都均匀稳定,从源头上提升丝线质量。
针对纺丝难题,团队创新推出全新一体化生产工艺,砍掉繁琐的中间环节,大幅减少杂质和瑕疵。通过精准控制上万根丝线的张力、速度、温度,真正实现大规模生产下万根丝线品质统一、性能稳定,彻底解决了高端工业丝的量产难题。
针对轮胎适配难题,科研团队同步优化丝线配方、贴合工艺和轮胎结构,反复开展耐高温、抗压、抗老化试验,让国产丝线完全适配航空、高端工业轮胎的严苛使用环境,完成从“材料合格”到“工况可靠”的跨越。
10年间,团队历经上千次中试、数百次设备改造,熬过无数次试验失败,最终建成国内领先、完全自主可控的高端聚酰胺66工业丝生产线,整套技术实现国产化、自主化。
此次斩获国家科技进步奖,不只是一个奖项,更是我国高端基础材料能力升级的重要标志。
一是补齐高端材料配套短板。项目产出的高端工业丝,各项性能达到行业顶尖水平,可全面满足航空轮胎、高端特种轮胎的使用需求,大幅提升国内高端装备材料自主配套能力,让高端制造产业链更加稳固可靠。
二是更节能、更高效、更经济。新工艺大幅简化生产流程,整体能耗显著下降,碳排放大幅减少,绿色环保优势突出。同时,核心设备实现国产化,大幅降低生产成本,为航空、汽车、高端装备行业提质降本。
三是形成可复制的创新经验。项目攻克多项行业共性难题,形成一整套自主技术和专利体系,为国内新材料行业转型升级提供了成熟的产学研创新路径。“真正的产业核心能力,靠引进换不来,只能靠自主创新干出来。”神马股份总经理王兵表示,这次技术突破,最大价值是吃透了底层原理、掌握了全套工艺、建成了自主体系,实现了从跟着别人做,到自主创新的跨越。
一项核心技术,带活整条产业链
一项关键技术,升级一个产业、带动一个集群。
依托该项技术突破,中国平煤神马集团打通了从原料生产、高端纺丝、新材料加工到高端终端应用的完整产业链条。上游原料供应稳定自主,中游高端丝规模化、绿色化量产,下游广泛服务航空、高端汽车、特种装备等领域。
技术成果不仅带动企业自身产品向高端高附加值升级,也为全国尼龙新材料行业树立了绿色化、高端化、智能化的生产标杆,有力支撑河南千亿级尼龙新材料产业集群提质增效,持续提升我国尼龙产业在全球行业中的优势地位。
站在国家科技进步奖的全新起点,这支深耕新材料领域十余年的攻坚团队,依旧保持创新定力,开启新一轮技术迭代。
中国平煤神马集团党委常委、副总经理,神马股份董事长李本斌表示:“10年攻坚,我们守住了产业底线;未来深耕,我们要抢占行业顶端。国家科技奖是认可,更是责任。我们的攻坚没有终点,下一步,我们将持续优化智能化生产体系,搭建数字孪生全流程管控系统,进一步拉平产品极限性能,全面替代国内高端领域进口产品。同时聚焦生物基聚酰胺、超高强特种工业丝、耐极端环境功能材料研发,向航天、深海、特种装备等更严苛场景突破。”
细细一缕纤维,承载着中国基础材料产业的匠心坚守与创新力量。未来,中国平煤神马集团将持续依托全链条产业优势和产学研创新平台,持续攻克高端新材料领域关键共性技术,持续完善尼龙新材料创新体系,全力打造全球领先的聚酰胺新材料研发、生产、应用高地,以持续的技术创新,为我国制造业高端化、智能化、绿色化高质量发展持续赋能。
(本报记者 赵志国)