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突破“卡脖子”技术,世界首制!薄如纸片的有机玻璃罩,海盐企业造
2022-10-18 18:00

10月13日,记者走进位于嘉兴海盐的浙江华帅特新材料科技有限公司(以下简称“华帅特”)生产车间内,只见生产线上的自动化生产设备高效运转,工人们穿着白色无尘服、戴着口罩,娴熟地忙碌着。

“能够参与‘大国重器’的制造,我感觉非常荣幸和自豪!虽然从研发构想到论证建造遇到了各种各样的困难和挑战,但最终还是成功研发出了中微子探测器有机玻璃保护罩。”回忆起当初的研发历程,浙江华帅特新材料科技有限公司董事长殷根华感慨地说。

原来,在中国科学院高能物理研究所牵头的江门中微子实验站建设中,华帅特全体人员集思广益、群策群力,历时两年多时间研发出世界首制有机玻璃保护罩,用自主科技创新解决了“卡脖子”难题。

作为中国第二个大型中微子实验,江门中微子实验计划2023年底建成运行,这一实验的启动标志着我国中微子实验研究从起步到跨越的转变。实验室建于地下700米,中微子探测器就安装在其中。由于该核心部件要在水中工作,且高强度运行下容易爆裂,需要加装一个透光度等相关物理性能极佳的保护罩。

“这种保护罩,对透光率、厚度、拉伸强度要求都达到了极限,一般来说,如果要满足其中一项,另一项就无法满足,三者兼顾,更是难上加难。前期,国内外花了近8年时间研发该保护罩,都达不到理想状态。”中科院高能物理研究所研究员何苗告诉记者,从2015年开始,研究所面向全球进行招标,研究、探寻符合要求的产品。

2018年6月28日,在8家入围企业的答辩环节中,殷根华凭借着“华帅特有机玻璃保护罩”的研发思路和技术路径,得到了当时在座专家们的高分评价,并成功于当晚收到了竞标成功的通知。

“中标那天,也是我的生日。”殷根华笑着说,这是他收到的最珍贵的生日礼物。

中标只是万里长征第一步。当时交给华帅特的,只有一张图纸,上面仅仅写着相关数据和采购数量。

“我吃了一辈子的‘塑料饭’,在塑料行业内摸爬滚打了40多年,这可以说是我做过的最有挑战性的一个项目。”殷根华表示,该中微子探测器有机玻璃保护罩不仅要求结构强度高、占用空间小、放射性本底低,还要与纯水兼容性好。

其中,最为关键的要点在于极致的透光率。由于最终成型的有机玻璃保护罩与采用的原材料透光率都要求为91%,这就意味着华帅特在进行模具注塑的过程中不能对材料的透光率产生任何负面影响。

为此,华帅特成立了项目研发小组,并将原有车间改造成无尘车间,反复改进生产工艺。“当时初版试件的透光率低于标准的3%,为了弥补这个差距,我们把与原料直接接触的设备和管道全部换新,还从德国引进了模具注塑过程中所需要的钢材料和最细规格的研磨膏,提高产品光洁度。”殷根华说。

与此同时,为避免材料在注塑过程中出现过度降解的问题,华帅特还专门引进并改进了海天注塑机。

“我们的有机玻璃罩重量为5300克,一般情况下,生产需要使用8000克的原材料,但在注塑机的压力下,会出现残余料过多,从而导致材料的过度降解的问题。所以,我们找到了海天注塑机的技术人员,利用不对称技术,将8000克原材料降低至了6000克。”殷根华说。

然而等到注塑完成后,新问题却随之而来:注塑模具的浇口部分总是出现一丝一丝的塑料纹路,又称“雨丝纹”。一般而言,存在雨丝纹的塑料产品即为不合格产品。于是,华帅特又引进了先进的热流刀片切割技术,依靠加温刀片的方式避免“雨丝纹”的产生。

除了透光率和光洁度,打孔也至关重要。殷根华表示,模具注塑完成后,还需要在上面进行打孔,以便后续直接与其他部件进行装配。“由于机器打孔的过程中容易使塑料产生应力,进而影响其物理性能,所以整个生产过程不能有触碰,且十多个孔需要一次性完成,不能有一点误差。”

因此,殷根华和他的研发团队尤其注重温度的控制,不仅在海天注塑机的温控仪上做了精心的调控,将温度维持在标准温度的正负0.5度范围内,还将注塑完成后的产品阶梯式地保存于不同的温度范围内,使其性能保持在最佳状态。

苦心人,天不负。2020年6月,华帅特顺利通过了中国科学院高能物理研究所的产品验收,并顺利实现了量产。

目前,该产品透光率达到91.2%,而市场上最好的超白玻璃透光率也只在91-93%。同时,防护罩的厚度只有11毫米,但是拉伸强度达到69兆帕,通俗地讲就是产品承受着690公斤的重量,相当于10个成年人压在一个锅盖大小的罩子上。

目前,华帅特已完成所有产品供货。殷根华表示,接下来,企业还将与清华大学高能物理研究中心进行合作,将华帅特有机玻璃保护罩应用到两万多个中微子实验的仪器上,为中国科学技术研究贡献自己的一份力量。




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