瞿金平（左）在介绍他们的技术设备。

瞿金平，华南理工大学教授，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者，教育部“长江学者奖励计划”首批特聘教授，中国工程院院士、全国先进工作者，华南理工大学聚合物新型成型装备国家工程研究中心主任、聚合物成型加工工程教育部重点实验室主任。长期从事高分子材料新型成型加工技术与装备研究。在国际上率先提出了振动剪切形变和体积拉伸形变动态塑化输运方法及原理，系统发展了高分子材料动态加工成型理论，发明了一系列高分子材料及其复合体系加工成型新装备。先后承担国家级重大项目18项。相关成果获国家技术发明奖二等奖2项、国家科学技术进步奖二等奖1项、中国专利金奖2项、中国专利优秀奖1项，省部级科技奖励特等奖1项等，获中国发明专利权40多件，国际发明专利3件；发表SCI收录论文200多篇，出版著作5部，成果产业化效果显著。2011年当选中国工程院院士。

2016年12月16日，由瞿金平院士团队研发的全球首套双杆偏心转子式拉伸流变塑化输运加工设备正式交付企业使用，这是团队在高分子材料新型成型加工技术与装备研究的又一突破性进展。其拉伸流变塑化输运加工技术直接跨过国外技术屏障，代表了当今橡塑机械装备领域的最新成果和国际领先水平。

针对高分子材料加工产业高能耗、石油短缺、环境污染日益严峻等问题，瞿金平院士团队在国内外率先提出了完全正位移特性的高效体积输运方法、拉伸流变起支配作用的塑化混炼原理以及非螺杆挤压系统结构的几何拓扑技术，发明了一系列基于拉伸流变的高分子材料绿色加工成型新方法及装备，实现了高分子材料“基于剪切流变加工”到“基于拉伸流变加工”的重大转变，塑料加工行业能耗大的难题也迎刃而解。

受潮汕牛肉丸启发得出新发明

塑料作为日常生活中再寻常不过的一种材料，早已深入到生活中的每一个细节。小到服装鞋帽，大到汽车飞机，都和塑料息息相关。然而长期以来，一直归属于轻工系统管理的塑料生产行业却始终处在高耗能、高浪费状态；螺杆作为塑料生产行业人所共知的代表性零部件，从塑料诞生的那天起就与之如影随形。“而这也正是造成塑料生产行业产生上述问题的症结所在。螺杆的长度越长，塑料加工机械的能耗越大，螺杆加工制造越困难。而当前随着塑料品种不断增加和制品要求不断提高，螺杆的长度是越来越长，塑料生产的耗电更是节节攀高。”

瞿金平表示，从塑料加工的学术上讲，螺杆是靠给物料施加具有“剪刀差”的剪切形变而工作的，同时物料也承受了少量拉压形变的作用。他们过去20多年在研究塑料动态塑化加工过程中发现，螺杆之所以能缩短，是由于其轴向振动增加了对物料的拉压形变作用。如果反其道而行之，塑料加工时主要承受拉压形变作用，而剪切形变作用是次要的，是否就可以不需要螺杆呢？一个大胆的设想就这么诞生了。“这就是我提出以拉伸流变为主导的塑料塑化输运机理的背景”。

对于“拉伸流变”的原理，瞿金平说其灵感源于颇具广东特色的潮汕牛肉丸。“潮汕牛肉丸是不是越吃越有嚼头？其之所以有韧劲耐嚼不就是因为牛肉是打出来的而没有被破坏内在的纤维结构吗？做牛肉丸的人实在是太聪明了，可以不用刀，我们何不也试试塑料加工不用螺杆呢？”由此，他们团队就想到了要拿掉螺杆！但用什么取而代之呢？叶片！叶片在由定子、转子及叶片组成的特定几何空间中转动时带动物料输送，同时随流道截面积由小到大再由大到小周期性变化过程中承受拉伸和压缩作用，这样就摆脱了在使用螺杆输送塑化过程中对物料很强的剪切作用从而使其大分子链断裂的过程，如此一来，既加快了物料的输送塑化效率，又避免了物料大分子结构的改变，从而大大提高了生产效率和塑料制品的生产质量。

新型成型加工技术应用前景广阔

“塑料加工机械100多年都未曾离开过剪切流变塑化输运原理，如果我们按照国外的技术路线在该原理上进行创新，我们永远都是追随者，永远超过不了国外的技术。” 为了突破国外对塑料加工机械的技术垄断，2007年，瞿金平创造性提出了基于拉伸流变的高分子材料塑化输运方法，2011年开展相关试验；2014年，瞿金平院士团队与企业开展产学研合作，实现新技术的产业化。瞿金平表示，拉伸流变塑化输运加工技术由偏心转子、定子组成特定几何拓扑空间，实现了物料加工体积周期性伸缩和扭曲变形，使新技术具有体积输送能力，加快了物料的输送塑化效率，并利用周期性体积拉伸和压缩作用强化物料的混合，还有效避免了传统技术强剪切作用造成的物料大分子链变短的问题，大大提高生产效率和塑料制品质量，有利于塑料制品的回收利用，既节约资源，又保护环境。

“生产1吨塑料需要耗费5吨原油，但石油总有一天会用完，我们需要寻找替代品”， 瞿金平说，当前石油很多是拿来做了合成高分子材料，“节省1吨塑料，相当是节省了5吨的原油，因此要尽量想办法用可再生的资源。托架、箱子，还有户外栏杆、园林设施等对塑料要求并不是那么高，可以尽量用废弃的生物质来做。”他表示，废弃的生物质含有大量的植物纤维，通过合成加工可做成一种塑料替代品，这需要一种新型的加工装备。而基于拉伸流变原理开发的高分子材料塑化输运方法及工艺设备，在有效提升高分子原料利用效率的同时，可制备高质量的生物质复合材料，推动生物质资源对石化资源的替代；可实现无分拣废旧塑料合金化加工，提高废旧塑料的循环利用率。瞿金平表示，应用这项技术及设备，可以将塑料原料的60%—70%置换成植物纤维，比如废弃的中药渣、甘蔗渣和秸秆等，不仅能极大减少塑料的使用量，减少“白色污染”，而且能实现废弃资源的有效利用。

农地膜覆盖种植技术在我国各个地区已经得到了广泛应用，但是残留在土壤中的地膜碎片产生了污染环境、破坏土壤结构等严重问题。为此，瞿金平院士团队还开展了高性能农地膜及其高质化再利用技术研究。通过高分子材料拉伸流变塑化输运、多层复合薄膜动态分配共挤吹塑、具有编织层自增强的薄膜成型、小口经塑料管道一步法双轴向拉伸挤出成型、大口径塑料管道喷流堆砌连续成型、塑料结构制件体积脉动形变注塑成型等新技术的集成，为生产制造具有超高性能、可全回收的农地膜并实现其高质化再利用提供了全新的方法、技术及设备。目前，相关技术研究已取得良好进展，有望突破农地膜应用中碎片残留这一技术瓶颈，为我国农业生产及经济可持续发展做出新贡献。

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十年磨一剑 三获国家科技奖

人们常说“十年磨一剑”。瞿金平院士在所在专业领域浸淫已久，历尽三十多年的长期研究，不断取得新成果，三次获得国家科技奖。 

瞿金平是1977年恢复高考后的第一届大学生，1981年和1987年先后取得华南理工大学塑料机械学士学位和轻工机械硕士学位。从事塑料成型加工技术与装备及其理论的研究与教学的这30年来，他一直都在默默地耕耘着被很多人认为冷门的塑料加工成型技术和设备。 

从二十世纪九十年代初开始，瞿金平一直致力于缩短螺杆的研究与探索，在国际上率先将周期性变化力场引入螺杆塑化加工过程，提出塑料动态塑化加工成型方法及原理，发明塑料动态塑化加工设备并成功产业化，缩短了螺杆。这些成果相继获1997年国家技术发明奖二等奖、2006年国家科技进步奖。但是螺杆始终还是存在，这也是塑料生产行业始终难以摆脱“电老虎”标签的根源所在。 

能否将螺杆彻底从塑料加工机械上拿走呢？如果拿走了它，用什么来替代呢？如果真能拿掉螺杆了，是不是加工能耗高、塑料多次循环利用等问题都会随之解决呢？这些问题从2006年获得“国家科技进步奖”二等奖后学校颁发的五十万元奖励开始，就始终萦绕在瞿金平脑海中。 

“当时就想着，五十万元分给大家的话也就没太大意思了，还不如集中起来干点大事。”瞿金平回忆起那段往事，依然信心满怀。经过团队举手表决，一致同意把这笔奖金用做解决塑料生产行业里“成也萧何，败也萧何”的螺杆课题。

先是用自己提出的塑料振动剪切形变动态加工方法缩短螺杆，首次采用普通螺杆加工塑料降低能耗取得了突破性进展；后来又大胆提出了塑料体积拉伸形变动态加工方法，采用叶片替代螺杆，第一次较好地解决了不相容塑料加工的难题。瞿金平的研究成果解决了制约塑料加工行业发展的瓶颈问题，推动了行业技术进步。2016年1月8日，在2015年度国家科学技术奖励大会上，瞿金平院士团队主持完成的成果“基于拉伸流变的高分子材料绿色加工成型技术”获得国家技术发明二等奖，他也第三次获得国家科技奖。