塑料包裝在食品包裝中占據(jù)重要地位，但塑料機械卻受到國外技術(shù)壟斷。億美特研發(fā)人員從牛肉丸中獲得靈感，發(fā)明的拉伸流變擠出生產(chǎn)線使得塑料加工機械擺脫螺桿限制，推動了全球橡塑機械產(chǎn)品的技術(shù)升級和更新?lián)Q代，打破了國外的技術(shù)壟斷。通過實際企業(yè)使用檢測拉伸流變擠出生產(chǎn)線能夠使物料損耗大大降低，能耗下降約30%，污染也跟著大大下降。
破百年模式當(dāng)了領(lǐng)跑者
早在2011年，瞿金平就開展了拉伸流變的高分子材料塑化輸運方法的相關(guān)實驗。2014年，他的團隊代表華南理工大學(xué)，與我市鄂豐模具達成產(chǎn)學(xué)研合作，共同成立武漢億美特模塑技術(shù)有限公司，實現(xiàn)新技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，使第一代拉伸流變生產(chǎn)線走出了車間，億美特成為全世界第一個吃螃蟹的企業(yè)。
“200年來，塑料加工機械從未離開過剪切流變塑化輸運原理，如果按照國外的技術(shù)路線在該原理上進行創(chuàng)新，我們就永遠只能是追隨者。”瞿金平院士道出了代替?zhèn)鹘y(tǒng)技術(shù)的初衷。
該條生產(chǎn)線標(biāo)志著拉伸流變成形裝備的產(chǎn)業(yè)化正式起航，拉伸流變材料的綠色加工時代已經(jīng)到來，成為該 行業(yè) 的領(lǐng)跑者。
公司總經(jīng)理武軍說：“這條生產(chǎn)線是我國在這個領(lǐng)域的重大技術(shù)突破，對于世界范圍內(nèi)的橡塑機械產(chǎn)品的技術(shù)升級和更新?lián)Q代，以及節(jié)能降耗和環(huán)境保護具有重大的現(xiàn)實意義。億美特已經(jīng)抓緊布局，改善設(shè)施和裝備條件，擴大了研發(fā)制造核心隊伍，形成了以技術(shù)激發(fā)市場，市場帶動研發(fā)的格局。”
潮汕牛肉丸的啟發(fā)
“潮汕牛肉丸是不是很有嚼頭？而這項新技術(shù)發(fā)明的靈感就是來自牛肉丸。”主持研發(fā)的億美特院士專家工作站首席專家、中國工程院院士瞿金平道出了研發(fā)拉伸流變擠出生產(chǎn)線的靈感來源。
從塑料加工的學(xué)術(shù)上講，螺桿是靠給物料施加具有“剪刀差”的剪切形變而工作的，同時物料也承受了少量拉壓形變的作用。
在過去的20多年 研究 塑料動態(tài)塑化加工過程中發(fā)現(xiàn)，螺桿之所以能縮短是由于其軸向振動增加了對物料的拉壓形變作用。如果反其道而行之，塑料加工時主要承受拉壓形變作用，而剪切形變作用是次要的，是否就可以不需要螺桿呢？一個大膽的設(shè)想就這么誕生了。
“這就是我提出以拉伸流變?yōu)橹鲗?dǎo)的塑料塑化輸運機理的背景。”瞿金平說。“潮汕牛肉丸之所以有韌勁，因為是用整塊牛肉打出來的，不用刀切肉，沒有破壞牛肉的纖維結(jié)構(gòu)。”
“既然做牛肉丸可以不用刀，那我們何不也試試塑料加工不用螺桿呢？”瞿金平邊暗暗佩服做牛肉丸的人聰明，邊尋思著如果換掉螺桿，可以用什么取代呢？
“葉片。”經(jīng)過幾個月的嘗試，瞿金平的團隊人員幾乎同時想到了用它來代替螺桿。
小葉片降耗30%
一個長約15米的螺桿機械，如果換用葉片技術(shù)，僅需4米就夠了。
葉片在由定子、轉(zhuǎn)子及葉片組成的特定幾何空間中轉(zhuǎn)動時帶動物料輸送，同時，隨流道截面積由小到大，再由大到小周期性變化過程中承受拉伸和壓縮作用，這樣就避免了在使用螺桿輸送塑化過程中對物料很強的剪切作用而導(dǎo)致大分子鏈斷裂。
瞿金平解釋道，這與傳統(tǒng)螺桿傳送物料是同樣的道理，傳統(tǒng)螺桿原理是“剪切流變”，就像做魚丸，是先將肉切碎，但會破壞塑料的分子鏈。而葉片傳送是“拉伸流變”，就像和面團一樣，是經(jīng)過揉捏的，對塑料分子的破壞很小。
如此一來，由葉片代替螺桿既提高了物料的輸送塑化效率，又避免了物料大分子結(jié)構(gòu)的改變，從而大大提高了生產(chǎn)質(zhì)量。并且傳動速度加快了，機械短小，使電能損耗大大降低。
“之前我們成功組裝好的樣機，機械長度縮短了50%，經(jīng)過1年的改進試生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)，能耗下降約30%，生產(chǎn)效率提高25%，同類管材的斷裂拉伸率和抗沖擊強度顯著提高。”武軍興奮地說。
武軍介紹道，我國使用的稍微大些和精密些的塑料加工機器都要依賴進口。瞿金平的這一技術(shù)革新，打破了塑料機械發(fā)明以來200年不變的螺桿傳送模式，也宣告了國外企業(yè)的技術(shù)壟斷即將告破。
“經(jīng)過在東莞、汕頭、武漢、深圳等地企業(yè)的實際生產(chǎn)狀況統(tǒng)計，我們的物料損耗大大降低，能耗下降約30%，污染自然也就跟著大大下降。”瞿金平說，拉伸流變原理開發(fā)的輸運方法及工藝設(shè)備，在有效提升高分子原料利用效率的同時，可推動生物質(zhì)資源對石化資源的替代，提高廢舊塑料的循環(huán)利用率。
瞿金平表示，應(yīng)用這項技術(shù)及設(shè)備，可以將塑料原料的60%至70%置換成植物纖維，比如廢棄的中藥渣、甘蔗渣和秸稈等，不僅能極大減少塑料的使用量，減少“白色污染”，而且能實現(xiàn)廢棄資源的有效利用。
通過技術(shù)攻關(guān)，該成果先后獲得國家技術(shù)發(fā)明二等獎和中國發(fā)明專利金獎，其拉伸流變塑化輸運加工技術(shù)直接跨過國外技術(shù)屏障，代表了當(dāng)今橡塑機械裝備領(lǐng)域的最新成果和國際領(lǐng)先水平。
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