2017走近他们 | 为了“天生我‘材’必有用”的信念 ——记国家科学技术进步二等奖获得者我校材料科学与工程学院张清华教授团队
如果在高性能纤维家族中挑选“多面手”的话，聚酰亚胺纤维（简称“PI纤维”）作为综合性能最佳的有机高分子材料首当其冲，它有优异的热稳定性、耐辐照及环境稳定性，是国家急需材料之一。近年来，我校材料科学与工程学院张清华教授团队在“高性能聚酰亚胺纤维及其制品”项目上持续攻坚，取得系列突破性进展，其研发成果被广泛应用于环保高温除尘过滤、特种防护、抗空间辐射、国防军工等多种领域，项目荣获2016年度国家科技进步二等奖。
敢选“老题目”，勇做“新文章”
高性能纤维是东华大学材料学科的传统特色方向，十几年前博士刚毕业时，“如何找到一个更好的研究方向？”成了摆在张清华面前的一道难题。
聚酰亚胺作为树脂的一种，并不是新材料，它在航空航天中有广泛应用，耐高温低温尤其耐辐照。材料的性质主要由其化学结构决定，张清华觉得只要材料本身性能好，就值得放手去研究。如果能把聚酰亚胺这种好材料做成纤维，其性能值得期待。于是，他毫不犹豫地选择了“聚酰亚胺”这个大家眼里的“老题目”，一做就是18年。
但早在上世纪七八十年代，有不少人也像张清华这么想这么干过，可在实验室做成小样后，总是在批量化前戛然而止。有位材料界的专家曾对张清华说，“不要做聚酰亚胺，这个材料太老。”当时张清华就想，聚酰亚胺天生性能这么好，只要能实现“纤维化”，一定会有大用场。有人觉得他像个“傻子”，非要硬着头皮去碰壁。
（张清华教授（右）和学生在一起）
张清华教授回想起当年一头扎进聚酰亚胺时的情景，仍感慨不已。他从1999年开始研究聚酰亚胺，埋头做了六七年后发现，PI简单的纺丝可以实现，一旦要往产业化发展就变得困难重重。纺丝溶液的合成、纤维生产工艺、设备成套化等，个个都是难啃的“硬骨头”。但他认准了这件事有价值，默默坚持，要在“老题目”上做出“新文章”。
摸清材料脾气，才能打通整条路线
传统PI纤维采用湿法纺丝技术生产，存在工艺流程长、效率低、易造成环境污染等问题，产业发展受限。“摸清材料脾气，弄清往哪个方向发展，才能把整条路线打通。”这是张清华这个“材料人”的心里话。
2006至2007年，他的PI纤维研究遇到瓶颈，中试在批量化上无法继续。如何突破，继而打通研究路线？张清华凭借10年对PI纤维基础理论的深入研究和理解，带领团队经过反复探索与尝试，2008年把整个中试路线打通，成功开发出针对聚酰亚胺干法纺丝成型过程中提高前驱体纤维环化程度的复配添加技术，做出了第一卷PI纤维。在国际上首次提出并建立“反应纺丝”的新原理和新方法，实现了高分子量、高均匀性纺丝溶液的稳定合成、溶剂的高效回收和纤维的稳定生产。
中试完成后，项目产业化所面临的另一关键问题就是装备。国内外没有人做，也无现成装备可买。张清华这个材料学教授根据对整套工艺的理解，索性画起了草图。停留时长、温度分布、前后配速……把他对流水线不同环节装备的要求一一记录下来，帮助企业技术人员理解并设计实现。
要想实现产业化就离不开装备，说起这段往事，张清华觉得当年设计装备，还要归功于大学期间在工厂实习和毕业时带学生实习积累下的宝贵生产经验。在他的带领下，项目团队自主研制出国际上首套干法纺PI纤维的成套技术与关键装备，攻克了聚合-均化-干法成形-环化牵伸-热处理等一系列工序工艺及装备技术难题。项目于2012年11月实现了PI纤维的环保高效生产，近年来取得显著经济和社会效益。
基于张清华教授团队成果开发的聚酰亚胺纤维产品，如聚酰亚胺高温滤袋、聚酰亚胺战训头套面料、聚酰亚胺新型灭火防护服等被广泛应用于相关领域。其中，PI高温滤袋对治理PM10和PM2.5等大气污染发挥了重要作用。聚酰亚胺特种防护面料突破传统面料功能单一的局限，具有良好的阻燃、保暖、抗菌及远红外功能，目前已成功应用于森林武警15式防护服内胆面料，解决了原有装备厚重、行动不便等问题，有效提升官兵战斗力。
（聚酰亚胺纤维高温除尘滤袋）
（聚酰亚胺纤维纺制的消防服）
“教授不是万能的”
国内有些高校教授不仅做科学研究，还亲自“下海”，促进科技成果转化。这往往事半功倍，产业化进程不尽如人意，甚至还会因为产业化方向的偏失，导致成果转化“夭折”。张清华教授说，“重大工程绝不是一个教授就能完成的，产业化团队的密切合作至关重要”。
自1999年在东华大学博士毕业留校工作至今，张清华教授在PI纤维的世界里摸爬滚打近20年。其团队与企业积极开展产学研合作，而今国际上首条干法纺聚酰亚胺纤维1000t/a生产线已在合作企业中建成并投产。这一科研攻关成果还为除尘减霾、节能减排做出了切实贡献，并在特种消防阻燃面料、特警防护装备及航空航天等领域得到成功应用。
也有人这样问张清华，“你把成果给别人，不觉得亏？”张清华说，“与其说我把成果给了企业，不如说，企业帮我做成果转化。”他总是把“合作”二字挺在前面，把利益看淡。有了这样的定位，企业合作方则毫无后顾之忧地拼命干。张清华教授说，“任何研究工作只有实实在在地干出来才可能有成果。想得再好，没有结果也是徒劳。”
聚酰亚胺项目的成功是长期基础研究积淀与工程化、产业化团队密切合作相结合的结果。正是由于积极的合作心态，企业不仅尊重张清华和他的科研成果，并一直保持着良好合作关系。现如今慕名而来寻求与张清华团队合作的企业不在少数，“科学合理的模式应该是校企合作，明确分工，各司其职，各自发挥所长才对。”张清华教授如是说。