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吴大鸣:研制高精密塑料装备

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吴大鸣,北京化工大学机电工程学院副院长、塑料机械及塑料工程研究所所长,教授。1982年北京化工大学本科毕业,1992年在俄罗斯莫斯科化工机械学院获得博士学位,毕业后回到北京化工大学工作,1994年晋升副教授,1997年破格晋升教授。1994年被评为北京市优秀青年骨干教师,1998年被评为北京市青年学科带头人。已培养博士、硕士研究生50余名。

多年来从事聚合物成型原理及装备方面的研究和开发,作为项目负责人,主持“九五”国家科技成果重点推广计划项目、国家“十一五”科技支撑重点计划项目、国家自然科学基金项目、国防“973”项目、国家博士点基金项目、北京市自然科学基金项目和教育部重点科技计划项目等国家和省部级科研项目10余项,与企业间的科技开发项目80余项。作为第一负责人完成《冷热水用交联聚乙烯(PE-X)管道系统》国家标准的编制工作;出版专著2部,200余篇,有鉴定成果8项,专利40余项。获国家科技进步奖二等奖1项、中国石油和化学联合会科技进步奖一等奖1项、北京市科技进步奖二等奖和山东省科技进步奖二等奖各1项、中国石油和化学工业协会技术发明奖二等奖1项。任北京化工大学学位委员会委员、高分子材料加工装备教育部工程研究中心主任、中国塑料机械工业协会常务理事、北京市塑料工业协会常务理事、中国塑料机械工业协会专家委员会常务副主任、中国塑料加工工业协会专家委员会副主任,欧美同学会留苏分会副会长,以及《塑料》、《塑料工业》、《工程塑料应用》、《北京化工大学学报》、《塑料机械》、《亚太塑料橡胶》等杂志编委。

“我国在塑料机械上与国外先进水平的主要差距表现在生产效率、精密化、微型化、大型化装备,以及自动化控制水平上。”采访中,北京化工大学塑料机械及塑料工程研究所所长吴大鸣教授告诉记者,言语中充满感慨和期待。相比自己近年来所取得的科研成绩,他更愿意通过媒体告诉人们:成绩属于过去,我们应该把眼光放到前处,去迎接更大的挑战和难关。

因此,结合吴大鸣教授在聚合物成型原理及装备方面的研究和开发,我们一同看看,中国的塑料机械科技应该走向何方。

搞创新:精密挤出原理及技术的研究开发

精密挤出原理及技术的研究开发关系到制品的精度和资源的节省,一方面可以显著提高制品精度,满足很多高新技术产品的要求,另一方面可以通过提高壁厚均匀度来显著减少树脂的浪费,具有极大的经济和社会效益。致力于挤出过程的精密控制和制品的精密成型,吴大鸣教授率领自己的科研团队在国内开展精密挤出成型原理及装备的研究近10年。通过技术创新和技术集成,他系统地研究了精密挤出机理及其关键技术,发明了并联式稳压装置,取得了一系列具有自主知识产权的创新成果,开发成功用于精密医用导管、多层汽车燃油管、精密汽车液压管等制品的精密成型装备,经教育部组织的技术鉴定会和权威检测部门的检测,所研发的精密成型装备的整体水平达到国际同类产品的先进水平。

吴大鸣教授谈到,目前精密注塑机主要是国外品牌,挤出装备中的双向拉伸PET(PA、BOPP)膜机组、精密医用导管挤出机组等也一直是国外公司的领地。“开发具有自主知识产权的国产精密注塑和挤出装备非常必要,一方面可以替代进口,还可以使得我国在国际塑料机械高端市场上占据一席之地。”他说。

走前沿:定睛聚合物微尺度制造技术

聚合物是许多微纳米系统的基础材料,聚合物微纳系统是最有希望在近期实现实际应用的系统,而聚合物微纳尺度制造科学与技术在微纳制造技术中占有及其重要的地位。在此吴大鸣教授等人研究了聚合物表面微结构阵列的成型方法及技术,并将该技术用于解决聚合物微透镜及其阵列的成型,开发了基于透镜阵列的高效扩散板和高效漫反射材料及其成套生产技术装备。

此外,在原位气泡拉伸法制备聚合物基纳米复合材料的研究上,吴大鸣教授等人创新性地提出了利用聚合物发泡过程产生的高拉伸场分散纳米粉体的新方法,已获得多项专利,并在国内外权威杂志上发表了10余篇相关研究论文。

采访中吴大鸣教授也说到,聚合物微纳制造技术是一门涉及到材料、工艺、制造、测量表征、控制等多学科交叉的科学技术领域,我们国内科研学者应该抓住机遇占领聚合物微纳尺度制造科学与技术的前沿。

倡节能:基于微结构的先进配光材料技术研究

作为新一代高效节能照明器材,LED光源逐渐占领着中国的照明市场。然而由于LED光源体积小、光密度大,以及光的定向性强,造成光照不均匀,极易产生眩光,成为LED灯具推广应用必须解决的瓶颈问题。吴大鸣教授在此方面开展了基于微透镜阵列的高效扩散材料和高效漫反射材料的研发,并取得了可喜的成绩。

在国家自然科学基金项目的支持下,他们针对制约新一代高效节能LED照明技术存在的眩光、散热等瓶颈问题,研发了具有自主知识产权的基于聚合物微结构制造技术和精密制造技术的新型高效配光和高效散热材料,攻克了系列关键制造技术。制备扩散材料时,他们采用高透光率的透明聚合物,使得光通过扩散材料时损失极少,接近透明材料的透光率;采用含高反射率和适当折射率的无机粉体、转光材料等制备出具有表面微透镜阵列的漫反射材料,不仅彻底消除了眩光,提高了照明舒适度,而且反射率明显高于铝或镀铝材料,也高于微发泡型漫反射材料。所开发的基于微透镜阵列的漫反射材料用于替代筒灯、格栅灯等现有的反射材料被验证使得灯具照度提高30%以上。

在企业合作上,研究所与济源市蓝曼节能科技有限公司已在新技术新产品开发方面进行了成功的合作。目前该技术已在济源市蓝曼节能科技有限公司实现产业化,形成了年产200万平方米高效微结构扩散板和年产300万平方米高效微结构漫反射材料的生产能力。随着产品在市场的深入,该技术将带来更多的节能环保新产品,为国家向绿色经济发展贡献更多力量。

抓产研:与国内多家企业、单位建立合作关系

产学研合作是科研成果推广应用的有效途径,也是北京化工大学塑机所自成立以来始终坚持的道路。近年来,研究所与宁波海天集团共建海天北化科技有限公司,联合开发了微型注射机,其中自己开发的医用导管的微挤出系统在一些关键技术方面实现了突破性的进展,并在一些典型产品的制造方面如接插件、光纤、光学微透镜、医用微针等方面取得进展;与浙江大学共同承接国家“十一五”科技支撑计划重点项目“精密注射成型工程技术研发及产业化”,在精密注塑机的设计理论和工程化成套技术上取得突破;以精密、高速、高效为特点的聚合物精密成型技术获得2011年度国家科技进步奖二等奖。

吴大鸣教授指出,随着国内在知识和技术产权方面不断完善,加大科技创新的投入、吸引专业技术人才、实现规模化和专业化生产、努力缩短国内外塑料机械技术水平上的巨大差距是塑料机械领域有识之士的共识。他说,企业应成为技术创新的主体,高等院校和科研机构应与国内大型塑料机械制造企业实行战略性合作,实现强强联合、优势互补,在技术创新和人才培养方面走出新的道路。

展望未来,吴大鸣教授对研究所的工作充满期待:希望能够在基础装备上取得较大的突破,在微注射、微挤出领域实现系列化,微压印技术突破关键技术,设备、模具、工艺等方面实现关键技术国产;开发3~5种典型的微型、微结构制件成套技术……

梦想还在路上,未来渐放光芒,让我们共同期待!