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专访张美云教授:造纸业发展的两大利器是什么?
中国纸业网造纸厂设备:2018-2-13 14:04:01 造纸机械|卫生纸机|铜版纸|瓦楞纸|造纸业
  2018年1月8日,2017年度国家科学技术奖颁奖大会在首都人民大会堂隆重举行,以陕西科技大学张美云教授作为第一完成人的“高性能纤维纸基功能材料制备共性关键技术及应用”项目获得国家科技进步奖二等奖,这是造纸行业在2017年度5个申报国家科学技术奖项中唯一获奖的项目,也是造纸行业值得骄傲和高兴的事。《中华纸业》在第一时间通过新媒体平台发布消息,之后对张美云教授进行了独家专访,深入了解获奖项目。采访中,张教授作为特种纸专家也对特种纸企业的可持续发展提出了自己的独到见解:科技创新是解决目前困扰造纸行业三大主要问题的“利剑”,而人才培养又是科技创新的基础,科技的竞争最终归结于人才的竞争。让我们一起走近2017年度国家科学技术奖获得者张美云教授,一起聆听张教授眼中造纸行业的科技创新与人才培养。

     “高性能纤维纸基功能材料制备共性关键技术及应用”项目:突破理论和技术难题,为造纸工业对接国家重大工程建设提供基础材料保障

 

     高性能纤维纸基功能材料是以芳纶纤维、碳纤维、聚酰亚胺纤维等为原料,经现代造纸技术制备的具有特定性能和用途、附加值高的功能材料,是多学科交叉的高新技术产品,具有密度小、比强度高、比刚度大、耐高温等优异特性,是轨道交通、航空航天、风力发电、电气绝缘等领域具有战略意义的结构与功能材料。


     高性能纸基功能材料作为造纸工业对接国家重大工程建设的重要基础原材料,世界各国竞相发展。然而,高性能纤维纸基功能材料制造理论和技术是国际公认的难题,其制备技术一直受到发达国家严密封锁。我国起步晚、起点低,同类材料在纤维制备与分散、流送与成形、热压与增强关键环节存在诸多科学问题与技术瓶颈,严重制约了我国高速列车、飞机制造所需国产先进绝缘、结构减重等功能材料的发展。


      为此,国家先后出台了系列规划和政策,鼓励高附加值纸基功能材料的开发,以加快我国重点基础材料升级换代。与传统造纸所用的植物纤维不同,高性能纤维形态单一、表面疏水,采用传统造纸技术主要的技术瓶颈是纤维分散困难、成纸匀度差、界面结合弱、成纸综合性能差,不适用于湿法造纸。针对以上问题,项目的总体思路是:仿生植物纤维形态,制备既有植物纤维形貌、又有高性能纤维特性,适于造纸的差别化纤维。采用多元组合分散技术实现纤维均匀分散,通过超低浓斜网成形技术调控材料的结构与性能,利用梯级热压增强技术提升材料界面结合力,制备出航空航天、轨道交通用纸基功能材料。


     “高性能纤维纸基功能材料制备共性关键技术及应用”项目,立足国家战略需求,在国家“863”重大计划、国家科技攻关计划等项目支持下,历时20余年,成功破解高性能纤维纸基功能材料制备共性关键技术,解决了纤维形态单一、分散成形困难、综合性能差等技术难题,为我国航空航天、轨道交通等国家重大工程建设提供了基础材料保障,打破发达国家长期垄断。

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主要研究内容

(1)造纸用差别化增强纤维制备技术,系统构建造纸用高性能纤维品质评价体系。采用纤维微结构调控与化学溶胀耦合机械叩解技术,研制出沉析纤维和浆粕纤维。


(2)开发纤维多元组合分散技术,提出高性能纤维共混浆料分散因子理论。采用化学助剂、超声波空化等组合技术,实现浆料高效分散,使造纸用纤维长度显著提高,成纸匀度大幅改善。


(3)发明超低浓湿法斜网成形技术和多比例分层调控技术。浆料悬浮体系组分形成互穿网络结构,实现材料三维结构设计与功能的有效调控。


(4)开发梯级热压增强技术,自主设计多压区热压装备。研发压区温度与压力梯度控制技术,促使纤维分子链段择优取向,增强材料界面结合,解决了材料羊皮化与局部失效关键问题,材料性能显著提升。


(5)创建高性能纤维纸基功能材料制备关键技术体系。集成创新上述四项核心技术,成功解决纤维形态、纸张结构、材料性能方面存在的技术难题,研制高性能芳纶绝缘纸基材料、轻质高强芳纶蜂窝芯材、高强无石棉密封材料等产品,应用于高速列车等国家重大工程。



该技术属于特种纸范畴。与传统纸和纸板产品相比,特种纸的特点之一是产品规模有限,附加值较高。项目整体技术自2004年首先在烟台民士达特种纸业股份有限公司进行孵化并开展规模生产应用,随后相关共性技术也应用于多家特种纸企业。与国内外同类产品相比,所开发的高性能芳纶绝缘纸基材料绝缘性能满足市场要求,并参与国际竞争。高强无石棉密封材料在国内首次实现造纸法连续化生产,强度性能优良,能耗明显降低。功能型饰面纸基材料性能高于国家标准,具有优异的强度性能与吸收性能;同时,项目建成聚酰亚胺纸基材料中试生产线,产品有望应用于航空航天领域。


该项目生产过程清洁环保,节能减排效果显著,技术可推广至我国整个特种纸产业,对造纸行业技术进步和产业结构优化升级有重大推动作用,同时,可对纺织、复合材料等相关行业起到引领示范作用。


项目实施过程中培养研究生45人,其中博士生12名,培养全国优秀科技工作者、中国造纸蔡伦科技奖获得者、国务院政府特殊津贴专家、陕西省重点领域顶尖人才、陕西省科技新星、陕西省青年科技奖、陕西省优博论文获得者等高层次人才共15人次,为行业科技进步提供了人才保障。在项目产业化过程中,创造了新的就业岗位,培训了多名企业技术骨干,具有显著的社会效益。

项目关键技术及主要产品


张美云教授为特种纸企业的发展支招:保持市场敏感度、加大研发投入、加强资源整合、培育创新文化、培养高素质的人才队伍,使特种纸企业保持可持续发展的生命力

目前我国特种纸行业可谓是机遇与挑战并存,特种纸行业虽竞争激烈,但新兴行业和高新技术行业的发展也对特种纸行业带来了新的需求。在经济转型期,特种纸企业要持续发展,应不断保持对市场的敏感度,重视研发投入,针对产品特点细分市场,加快产品结构调整,自主开发新产品,保持各自优势和特色,避免行业恶性竞争,努力使我国特种纸企业向“专、精、特、新、优”的方向发展。


促进特种纸行业的健康发展,要注重以下问题:

一是加强学科交叉,主动了解需求,创造需求,延伸产品应用链条。

与传统的纸和纸板不同,特种纸属于功能材料,是支撑或者匹配一些高新技术领域产品发展的一个重要的功能载体或者中间部件。开发生产特种纸往往要与化工、材料、高分子等领域的知识结合,而造纸工作者对精细化工、有机材料、无机材料的本质特征掌握往往不够,在开发特种纸产品过程中遇到的困惑尤其突出,技术上需要与相关行业协同攻关。造纸工作者应学会应用跨界思维去寻找技术创新点,把一个行业相对成熟和稳定的技术,通过移植和改造,形成新的技术创新。


二是整合资源,提高效率,加强产学研合作,建立自主创新模式。

特种纸的特殊性使得一些企业在技术、产品方面封闭自己,导致行业内大量的技术处于低水平重复应用。在激烈的竞争环境下,中小型特种纸企业单纯依靠自身能力开展技术创新面临诸多约束,必须与外部企业、大学和科研机构建立广泛的合作关系,才是摆脱技术创新瓶颈的有效途径。我们亟待建立有效的产学研机制,把研究、开发、市场的风险保护和利益回报机制做实,共享技术创新的红利。


三是加大研发投入,提高创新能力,注重知识产权保护。

改变盈利模式,减少同质化竞争,提高投资回报率,将技术创新模式从过去的模仿为主转变为自主创新。特种纸的研发投入比较大,从实验室的技术研发,试生产应用、调整,到产品性能满足销售和市场需要,是一个很痛苦很漫长的过程。另外,水电汽、人工消耗,时间成本都是相当大的。目前我国特种纸企业的研发投入不到0.6%,与发达国家相比差距在5倍以上。我们要按照真正的高新技术企业的特点来制定企业发展战略,加大科技投入,要有试错精神,同时还要建立新产品开发快速反应机制。 


四是改变传统思维模式,做好创新文化的培育。

我国特种纸领域有一个普遍现象,国外有的产品我们都能做,但只能满足用户的基本使用需求,高端产品仍需进口。把产品做到顶尖水平不仅需要技术,更需要的是文化。这种文化体现在:科研人员要有一种精益求精的情怀和精神,没有这种精神,技术要做到顶尖是不可能的。中国的发明不少,但最后能做到产业化并持续领先的实在是凤毛麟角。当一个新的开发思维和导向确定以后,首先要做的是市场推广,包括概念推广和文化推广。当这些理念深入人心后,技术推广才能水到渠成,同时通过市场分析和信息反馈还可以校正研发方向和技术路线。相比之下,国外同行更善于提出概念,并争取国家政策的支持,这一点值得我们学习和思考。


五是培养高素质的人才队伍。

特种纸产业的特征,决定企业要想长盛不衰,必须有一支高素质的人才队伍,包括管理、研发、生产和营销人才。我国特种纸企业普遍人才短缺,严重制约了科技创新能力。特种纸的技术创新需要企业家、工程技术人员及其市场营销人员的相互协作配合。在这个过程中企业家起着主导作用,企业家必须营造出企业的创新文化和管理机制,企业的工程技术人员才能用创新的思维和创新的理念,形成一些创新产品。企业的营销和策划人员,必须了解掌握市场需求,引导市场,把创新性的产品推向市场。

聚酰亚胺纸基材及其生产线


张教授指出:原料、环境和结构是目前制约造纸行业发展的三大瓶颈,而要解决瓶颈,除了在每一个环节上攻克关键技术外,走生物质精炼之路或许是造纸行业真正步入循环和低碳发展的途径

目前制约造纸行业发展的三大瓶颈是原料、环境和结构。这是一个很大的问题,每一个环节的破解都需要若干关键技术支撑。仅以原料来说,如何科学合理地利用再生纤维(废纸)就是一个大课题。作为全球造纸第一大国,原料短缺是我国造纸工业发展的瓶颈问题,而废纸的回收利用是解决这一问题的关键。目前,废纸已占我国造纸原料的65%以上,但废纸在造纸过程中发生的纤维品质衰变制约了其循环利用。技术上的突破可以从以下几个方面努力:调控植物纤维的超微结构;采用高浓碎浆及磨浆新方法、变温纸页干燥新工艺、复配生物酶废纸浮选脱墨新工艺等新技术。如果上述技术得以完善与应用,可以抑制废纸纤维的品质衰变,提高成纸强度、降低造纸生产电耗,促进可持续发展。


2017年中国造纸行业释放的发展活力,让造纸工作者欢欣鼓舞,它是多种因素影响的结果,有一定的特殊性,并不可复制。造纸行业要延续可持续性发展,破解原料短缺、环境污染和结构不合理的难题,需要进一步加强科技创新,实现转型发展,其中“造纸产业与生物质精炼结合发展”需要引起我们的关注。最近一年我参与了中国工程院的一个咨询课题“基于制浆造纸产业的生物质精炼发展战略研究”,通过广泛调研和反复研讨认识到:


制浆造纸产业是最早大规模利用生物质的产业,拥有规模化收集、处理、加工植物生物质的基础设施和技术。制浆造纸产业本身就是一个典型的生产生物质产品的行业,具有发展生物质精炼与研发生物质多元化产品的优势与空间。制浆造纸产业在延伸的产业链中,应力求从纸浆及纸以外生物质产品获得更大的经济效益和社会效益,把传统造纸厂转化为能够同时生产纸浆和纸、高分子材料、化学品和生物质能源的复合型生物质精炼厂,达到合理高值化利用植物纤维原料中的纤维素、半纤维素和木素三大组分,是制浆科学研究发展的新趋势。


目前,制浆造纸产业是生物质资源工业化利用的最大行业,通过生物质精炼技术与制浆造纸产业广泛结合,将传统单一的制浆造纸过程转化为能够生产纸浆和纸、生物基材料、生物化工产品和生物质能源的复合型生物质精炼的过程,使制浆造纸过程实现低消耗、低排放并提高经济效益,让造纸行业真正步入循环发展和低碳发展之路。

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张美云教授指导研究生做实验


技术竞争归根到底是人才竞争,张教授认为目前造纸行业在人才培养方面还存在诸多问题,政府、高校、企业和媒体都要承担社会责任,进一步促进人才资源的有效培养和利用

目前造纸行业在人才培养方面还存在不少问题。首先是数量短缺。近年来,造纸行业集中度不断增强,企业规模不断扩大、技术设备更新速度加快,这些都对造纸专业人才的素质技能和数量提出了更高的要求。但是,专业人才的培养却滞后于造纸产业的发展。不仅各类高校培养的人才有限,社会上各类培训班举办的也少,使得造纸产业人才的增量不能持续扩大,人才的存量得不到进一步提升,不能很好地满足造纸企业的用人需求。第二是人才不稳定、流失率高,制浆造纸专业第一志愿录取率较低,转专业率较高。毕业生首次就业选择造纸的不足80%,这部分学生中又有超过60%从实习期开始陆续离开原签约单位,能坚持留在原单位逐渐成为技术骨干、技术主管的不多。这说明学生或者不了解造纸行业,或者行业对学生不具有足够的吸引力。相当部分收入较高的往届毕业生工作集中在企业管理、造纸机械装备、化学品、水处理、知识产权等相关领域。另外,受中国传统文化影响,部分学生及家长不认可造纸,不少人认为自己或子女从事造纸是件很丢人的事情,寒窗苦读数十载本希望飞黄腾达,造纸却无法满足这一心愿。这也是高校造纸专业招生困难的重要原因,同时也导致了部分学生进入企业后文化认同和基本素质不能达到企业的标准。第三,现有人才知识结构亟待更新。造纸企业对技术人员的实践操作技能水平要求非常高,只有在车间学习、锻炼一定时间后才能熟练地进行工作。现在生产线上有经验的老员工,多是当地的农民,农忙时不能正常上班,而且文化水平不高,学习能力不强。


针对技术人员一方面短缺,另一方面部分大学生不愿意学习造纸或从事造纸的问题,政府、高校、企业和媒体都要承担社会责任,进一步促进人才资源的有效培养和利用。


(1)高校要重视新生的入学教育、专业认知教育,让学生清楚造纸专业人才的要求、发展趋势和前景,帮助学生做好职业生涯规划。一定要坚持教授给本科生授课,让学生能从有成就的“大家”的言传身教中感受造纸的博大精深,树立职业使命感和荣誉感。


(2)造纸产业的发展离不开政府的支持和良好的社会环境,政府应该督促和呼吁社会媒体客观报道造纸产业的发展与挑战,正确认识现代造纸工业在国民经济中的重要地位,营造尊重技术人才的社会氛围。


(3)企业要充分思考如何让人才有序流动,如何让技术人才引得来、用得上、留得下。比如:重视中高层次技术人才的培养,提升技术人才的技术任职资格;建立更加完善的人才培养使用机制,提高专业技术人才的待遇,并重视其发展空间。同时与高校合作通过短期培训或集中学习,提高现有工人的技术水平。


技术竞争归根到底是人才竞争,要解决造纸行业人才缺乏的问题,需要学校、企业和社会的共同努力。

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