還在而立之年,張濟生便設想竹材工業化利用的問題。但曆來人們對竹材加工普遍不夠重視,國內如此,國外亦然。其原因是毛竹直徑小、中空、易蟲蛀、裏外材性差異很大,因而竹子總是被用來編竹籃竹筐,打涼席涼床,始終難登大雅之堂。張濟生決心改變這種現象,走前人沒有走過的路。
他設想,把半圓形竹筒加壓展平後,再經過刨削、幹燥、膠合等工序製成大幅麵的工程結構材料。要實現這一構思,先得把毛竹剖成半圓形的竹筒,然後展開壓平。但在壓平過程中,毛竹會不規則地斷裂,因此,如何解決斷裂問題,是最大的難關。
張濟生全身心地投入研究,他冥思苦想,廢寢忘食,幾乎到了癡迷的程度。他從書本上尋找資料,到外地吸取經驗,隻要一聽到有關這方麵的信息,不管多遠,立即前去了解。為此,他幾乎跑遍了大半個中國。為搞試驗,張濟生曾數度去皖南毛竹產區,每次去都因過度勞累導致肺病複發而不斷吐血。為不影響工作,每次吐血他都偷偷把血跡擦幹,照常工作。一次肺部大出血,生命垂危,急送醫院搶救,病稍好又忘我地投入工作。身體拖壞了,人瘦了,但經驗卻越來越豐富了。他終於發現:在一定的高溫下使毛竹軟化,可使毛竹在壓平時不致斷裂。
用什麼來產生高溫呢?用水加溫可達90℃以上,用油加溫可達110℃以上,經試驗均達不到軟化效果。他嘔心瀝血,搜斷枯腸,最後想到用石蠟試一試,因石蠟加溫可達160℃以上。
他用特製的容器,一次次地試驗,測量溫度,計算時間,觀察在何種情況下可以產生最佳效果。由於試驗建立在長期的知識積累和多次的經驗總結基礎上,他終於獲得圓滿成功。第一塊“高溫軟化——展平”而成的竹板誕生了,這項發明是竹材生產史上的裏程碑。張濟生在少年時代的誌願,30歲時開始的構想,經過他的頑強拚搏,終於在40歲時實現。為了解決科研成果產業化和大規模生產的問題,他進一步研製成功用高溫爐氣體加熱空氣,並用熱風簾與未加熱空氣隔離的連續式高溫軟化爐來生產高溫的辦法,提高了生產效率,降低了生產成本。他成功地開發了竹材膠合板、高強覆膜竹材膠合模板、竹材碎料板、竹杉複合地板等多種係列產品。
張濟生終於成為國內外竹材工業化利用的創始人,他先後獲得八項發明專利,獲得國家和林業部多次獎勵及“中國發明專利金獎”,獲得“國家級有突出貢獻的優秀中青年科技專家”稱號。1997年他當選為中國工程院院士。
張濟生的發明推動和促進了我國竹材加工這個新型產業的形成和發展,使我國竹材加工業居世界領先地位。如今奔馳在祖國大地上的汽車、火車的車廂底板,乘風破浪運往五洲四海的集裝箱底板,以及建築、造船工程方麵都采用了新的竹材產品。
目前,中國木材產量不足5000萬立方米,竹材產量約800萬立方米,如果能將全部竹材進行工業化利用以替代木材,無論對我國森林資源的保護還是對生態平衡的作用都是很大的。由此可見張濟生院士這一發明的重大價值和意義。
戴淑清發明自動織襪機
戴淑清小的時候,看到古裝戲裏演員穿著用白布縫製的襪子,感到很奇怪,問媽媽:“他為啥不穿像我們這樣的襪子?用布縫的多難看呀!”媽媽告訴她:“幾百年前,做襪子的機器也沒有。如果他們穿上現代襪子,那才叫笑話呢!”
四五十年前,織襪子的機器雖然有了,但是,一隻能穿上腳的襪子,要經過很多工序才能織出來。單單織襪子的機器就有三部:第一部做襪口羅紋;第二部織襪身、襪頭;第三部縫襪頭。而後,還要經過染整或印花,整理包裝才能出廠。
這時,青年戴淑清正在紡織大學讀書。到工廠實習時,她虛心向工人師傅學習,了解襪子的整個生產過程。
原來用機器織襪子,手工操作仍不少。例如織襪身、襪頭,得把第一部機器織成的襪口羅紋,一個眼子一個眼子套到第二部機器上;縫襪頭時,又得把第二部機器織成的仍然是開口的襪頭,一個線圈一個線圈地套在第三部機器上。
戴淑清親手在機器上學習縫襪頭。那襪子越薄,線圈越小,要把一個個毫米大小的一排線圈,套到機器的一隻隻針鉤上,一個也不能漏,否則,這隻襪子就是次品。一天勞動下來,她累得頭昏眼花,腰酸手痛真不好受,深深體會到工人師傅的勞動強度高。她想,如果把這三部機器並成一部,這邊紗線進去,那邊完整的襪子出來,有多好啊!
盡管有人說她是異想天開,但她認為減輕工人勞動強度、提高勞動生產率是我們知識分子義不容辭的責任。
1961年,戴淑清大學畢業,被分配在上海紡織科學研究院工作。首先完成了領導安排的“高機號圓襪機”的科研任務。這是一種過去隻能依靠進口的,編織玻璃絲長統襪的機器。通過這一實踐,她基本掌握了襪機知識和科研方法。於是,她腦子裏又浮現出“紗線進去,襪子出來”的憧憬,好像這種自動的織襪機在向她招手!
她再也坐不住了,當即利用下一個科研立項調研的機會,向領導彙報了她的設想,寫出“全自動單程織襪機”的科研立項報告,得到了領導的批準。
當一個人得知可以實現自己多年夢想事業的時候。該會迸發出多大熱情!她開始放手大幹起來。
戴淑清知道,要完成一項複雜的科研任務,單憑自己一個人的熱情是不夠的。她積極爭取有關單位領導同意,會同在襪廠工作的同學、有經驗的工人師傅組成三結合攻關小組。她還一頭鑽進圖書館、情報所,檢索世界有關最新資料,歸納整理,提供小組參考。
於是,自動織襪機的創製便正式開始了。
首先是方案構思和結構設計。好像把三部機器的功能結合起來就可以了,其實沒那麼簡單。例如縫襪頭,要把一半的線圈反轉到另一半,手工做起來方便,而用機器仿生就困難得多。
接著是製作。它不僅機械複雜,製造加工的工作量大,而且機件細小、形狀特殊。如機器上要用細小針鉤控製一隻隻小到一毫米左右的線圈,並將線圈與線圈縫合起來;為了加工如此小的零件和織針,戴淑清跑遍了全上海所有製針廠,均遭拒絕。當時又不可能到國外去聯係。好比科研工作遇到了絕境,怎麼辦?戴淑清召集小組同誌開會,樹立克服困難的信心,並一同研究解決辦法。大家分析有幾個廠通過努力或許能達到要求,便多次深入去做工作。他們一方麵向廠領導講明此項加工任務的重要性;一方麵到車間,向工人師傅請教,和他們一起討論。終於以苦口婆心換來了工人師傅樂意參與攻關。
普通一根織針在製針廠生產,要30多道工序,如今加工這些新型的織針工序就要複雜了。他們采用跟班研究的方式,一道一道工序克服困難。就這樣憑著他們的鑽勁、磨勁,攻克了一個個難關,完成了全部零件加工任務。
最後是新機器的調試。這好比長跑的最後衝刺階段,大家的信心更足了。但這時出現的問題更多。織一隻襪子,各部位的機件動作有幾百個,在時間上、尺寸位置上都要準確,有一個動作不到位就不行。戴淑清風趣地說:“我們搞科研、做工程,與同學讀書考試不一樣。學生100道題做對90道,得90分,還是優。而我們不行。譬如調試一部機器,哪怕99個動作做對了,隻有一個動作不到位,差之毫厘,也隻能得零分。可是當你付出的艱辛勞動取得成功的時候,都是比考上十個100分還要高興!”
當時的曆史條件,還給他們的科研工作增添了特殊的困難:正當創製新機器緊張進行的時候,“文革”開始了。戴淑清他們白天搞科研,晚上還要參加運動,直到很晚才回家。戴淑清已是三歲孩子的媽媽了。起初她與愛人商量,孩子接送托兒所的事讓愛人分擔。以後愛人又得去“五七”幹校。這時,如果不搞科研,人是輕鬆了,可事業中斷了!戴淑清想:“我們的事業為了未來,帶好孩子也為了未來,兩者一個都不能放棄!一定要把科研工作堅持下去!”在這段最艱難的時候,她一早將小孩送托兒所,還未開門就放在校門口,囑咐幾聲“孩子乖,聽話”便含著眼淚轉身趕去上班。下班時又急忙趕回來接好孩子,晚上再帶著孩子去單位參加運動,結束後再趕回家。常常每天從上海的西、南、東三個角往返兩個來回,疲憊不堪。就這樣,硬是使科研工作堅持下來。眼看著新型襪機“這邊紗線進去,那邊整個襪子出來”的多年夢想一旦實現,戴淑清止不住內心的激動。
戴淑清退休前是上海紡織科學研究院的院長,為我國的針織技術發展作出了顯著貢獻。她得到的榮譽稱號達20多項,被評為“上海市三八紅旗手”就有10次之多。
周文波發明“中國深藍”
有位外國科學家發明了一台會下國際象棋的計算機,名叫深藍,許多著名國際象棋大師在深藍強大的“智力”麵前,敗下陣來。在中國,也有位年輕人發明了一套“隧道施工計算機專家係統”,於全國多項重大隧道工程施工過程中,攻克了許許多多技術難題,被隧道工人們稱之為“中國的深藍”。這位年輕發明者的名字叫周文波。
周文波的家庭同建築有著深厚的淵源。他的曾祖父設計了上海大世界,祖父設計了上海中百一店,父母則是中國地鐵隧道技術的創業者。對比前輩的成就,高考落榜的周文波曾一度情緒低落。
然而,自從他1983年於隧道技校畢業,在隧道施工一線當工人以後,中國工人階級英勇戰鬥和無私奉獻的精神,很快感染了周文波。特別是一件重大事故的發生,更是進一步激發了他攀登高峰的誌氣和勇於創新的精神。
那是在上海延安東路北線隧道施工的時候,因為黃浦江底的地下暗流突然湧進隧道,為了營救同誌,兩位工人獻出了寶貴的生命!
走上工作崗位不久的周文波被深深地震撼了。他既為烈士的精神所感動,又為烈士的犧牲而痛惜。在悲痛之餘,他更為祖國落後的隧道施工技術焦急。他想,如果能發明一種“聰明”的機器,讓它來告訴人們怎樣進行最科學、最安全的施工,那該有多好!
於是,像前輩那樣有所作為,盡快改變隧道施工技術落後狀況、造福隧道工人的願望,促使他暗暗立下創新誓言:一定要發明這種“聰明”的機器,要為中國的隧道施工技術趕上世界先進國家而奮鬥!
他開始發奮學習,先完成大專學業,繼而於1993年獲得了上海大學碩士研究生學位。在攻讀研究生時,他的設計項目便是“隧道施工計算機專家係統”。他要使計算機這種“聰明”的機器發揮專家作用,來告訴人們怎樣進行最科學、最安全的施工。
1995年,“三年大變樣”的上海正進入城市基礎建設高潮。為加快浦東開發開放的步伐,延安東路南線隧道工程全麵展開。當時引進了一台價值上億元、代表國際先進水平的隧道施工重要工具——泥水盾構,可是這台洋機器不適應上海的地質條件,連續好幾個月都不能正常施工。
日本專家說:“你們選錯盾構了!即使盾構前進了,也不能穿越最淺覆土隻有7米的黃浦江。否則一旦江底貫穿,後果不堪設想!”
原來,按日本隧道施工規範,泥水盾構覆土必須大於盾構直徑的15倍。照此計算,用已引進的盾構施工,黃浦江覆土必須有17米厚。因此,日本專家建議:要建成隧道,隻有兩個選擇,要麼改換盾構,要麼把覆土層加厚到17米以上。否則,盾構覆土不夠,泥水就會冒頂。
然而,調換盾構意味著國家上億資金付諸東流;加厚覆土層則不僅影響黃浦江這條黃金水道的通行,也勢必增加大量資金和延緩工期。麵對日益逼近的竣工期限,組織上派周文波帶領一批年輕技術人員,進行盾構技術緊急攻關。而傲慢的日本專家根本不相信剛剛三十出頭的周文波能夠創造奇跡。
周文波全身心地投入他的發明創造。無數個日日夜夜,他不知疲倦地把中國隧道技術權威的理論,和世界上300多條隧道施工實際經驗輸入到他的“隧道施工計算機專家係統”裏,然後比照工程實際情況進行實驗和計算。經過嚴密的論證,他指出:“日方設置的施工參數有問題。”並認為可以不換盾構、不加覆土,在“專家係統”的指導下施工。
在不少人看來,這個30歲出頭的年輕人竟敢推翻一大群權威的定論,簡直是癡人說夢。
但事實勝於雄辯。由於地下施工具有很大不可預見因素,而過去施工中隻憑經驗辦事,以致付出慘重的代價。如今周文波開發的“隧道施工計算機專家係統”,能夠綜合收集和分析隧道施工的各種數據,提供最佳施工參數;又能預測隧道施工時地麵及其建築的沉降;還能按許多專家的理論和實踐數據,自行計算、比較,並能不斷改進提高。
周文波帶著“專家係統”和他的夥伴們駕馭著盾構,成功地推進,穿過了黃浦江底最淺的覆土層,鏖戰300天勝利完成全隧道施工。日本專家聞訊也發來賀電,驚歎:“你們創造了奇跡,了不起!”
之後,周文波帶著“專家係統”,又相繼解決了世界級技術難題:指揮地鐵二號線盾構,在隻相隔一米的,高速運行的地鐵一號線下方,在上麵機車隆隆聲中成功地穿越,創造了“四龍相會”的奇跡;指揮外灘觀光隧道盾構,進行與兩條地鐵越江隧道疊交施工,隻用100天就穿過黃浦江,實現了中國隧道施工史上的又一次飛躍。他還應邀帶領隊伍到新加坡等地承接地鐵隧道施工,建設了許多隧道,實現了中國隧道施工走向世界的發展目標。
周文波榮獲“上海市十大傑出青年”“上海市十大工人發明家”稱號、上海市科技進步一等獎、全國QC成果一等獎等。截至1999年,他已提出近40項工藝革新和科技攻關項目,有32項被采納,創造了巨大的經濟效益。1998年4月,他在第26屆國際土木工程年會的講台上,發表了學術論文“大型泥水平衡盾構施工技術”,其卓越成就使世界工程專家們矚目。新世紀的第一年,他正攻讀博士學位,並有了新的創新設想。他說:“我相信學習是進步之本,實踐是創新之魂。要善於在實踐中學習,敢於向極限挑戰。成功會屬於每一個勇於超越自我的人。”
朱美芳發明“蒙泰絲”
1991年7月的一天,天氣出奇的炎熱。在中國紡織大學(現改名為東華大學)裏,有位青年女學者正在實驗室隆隆的機器旁工作。隻見她一會兒高高躍起,一會兒蹲下細查,汗水和油汙濕透了工作服。她聚精會神,眼睛一刻也不離開快速動轉的機器,雙手不停地擺弄著什麼……夜色降臨時分,她忽然衝出實驗室,直奔指導教師辦公室。
“成功啦!成功啦!”她興奮地喊。原來,世界上“第一根”超細旦聚丙烯長絲誕生了!它就是如今以“蒙泰絲”為品牌的,能織成高檔運動衣、休閑服、針織內衣的化纖原料。
這位女學者名叫朱美芳,26歲。高中畢業後以高分考入原華東紡織工學院化學纖維專業,1989年留校工作。童年時代的她,由於家庭在“文革”中受到不公正待遇,生活十分艱難,總是向往著穿一件化學纖維做的新衣。沒想到20年後,這種服用性能極好的超細旦聚丙烯纖維,會從自己手中產生。
那麼,什麼是超細旦聚丙烯纖維呢?
聚丙烯纖維又名丙綸,是化學纖維中的一種。所謂“旦”,乃是表達纖維粗細的單位。9000米長的單根纖維重1克,這根纖維的細度為1“旦”。單根纖維的細度越小,織成的服裝就越柔軟,穿著就越舒服,而紡製的難度也就越大。以後,單根纖維的細度,一般又以“dtex”來表示。1 dtex指1萬米重1克的單根纖維細度。朱美芳創製的超細旦聚丙烯纖維,單絲細度小於06dtex,這是當時世界各國都未能達到的。
自1957年聚丙烯纖維延生以來,它一向被認為隻能用作編織袋、繩索、地毯等中粗檔產品,根本不可能與衣用搭界。這是由於聚丙烯具有高粘度、高結晶等性能,隻能紡成中粗旦纖維(細度大於2 dtex)。它硬、不吸濕、不能用高溫熨燙,且有蠟質感。
經過探索研究,人們發現它的單絲細度小於2 dtex時,其服用性能會產生質的飛躍;特別是細度小於1 dtex時,服用性能非常好。於是,從20世紀80年代後期起,國外許多廠商和研究機構都在嚐試將聚丙烯纖維單絲細旦化。比較成功的是采用熔噴法等特殊的成型方法,製得單絲細度小於06dtex的聚丙烯短纖維。然而這些方法生產過程複雜,且不能生產高難度的聚丙烯長絲。
在纖維成形技術中,能耗最小、環境汙染最少、最易推廣應用的是熔融紡絲方法。怎樣用這種方法生產超細旦聚丙烯長絲,成了困擾世界纖維專家學者的難題。
朱美芳1989年1月一留校,即接到上海市自然科學基金項目“丙綸單絲細旦絲成型研究”。研究目標是:以2年時間,用熔融紡絲方法紡成細度小於09dtex的細旦聚丙烯長絲。
這一目標談何容易!它時間緊,任務重。我國“七五”攻關的目標為細度小於12dtex,但驗收時難以突破15dtex。國外進行了多年研究,也未能突然12dtex難關。
當然,中國人口眾多,須解決十幾億人口的穿衣問題;中國不僅要成為化纖大國,還要成為化纖強國。解決上述難題,中國紡織大學作為世界最大的以紡織為特色的大學,義不容辭。
在導師陳彥模教授的指導下,朱美芳和其他博士、碩士一起,知難而上。他們以理論為指導,通過反複試驗,從聚丙烯的高分子結構特點,和在化學反應下其結構性能的變化規律入手進行研究。
可是,經過一年多的無數次試驗、分析,都失敗了。
是什麼原因呢?朱美芳他們發現,傳統的高分子結構與性能對應關係理論在這裏碰了壁,行不通。是實驗出了誤差,實驗方法有問題,還是有關傳統理論不適用於這一特殊體係?
朱美芳迷惑了,導師陳彥模教授失眠了,研究工作陷入了困境。
逆境中長大的朱美芳除了有鑽勁,能吃苦外,更有一股不服輸的闖勁。在靜靜地思考了2天後,她又投入到沒日沒夜的實驗中去。她幹脆“逆向思維”,采用與傳統理論相悖的配方設計實驗體係和實驗方法。
一次、兩次,一天、兩天……2個月過去了,實驗還是沒有明顯進展。
不過,靈感總是光顧勤奮刻苦的人,它往往在長時間的探索下偶然得之。就在他們再一次陷入絕望中時,一個偶然的發現使實驗工作出現了轉機。傳統的有關理論,與纖維成形新理論的巧妙結合撞出了火花,朱美芳又一次采用新的方法,終於在實驗室裏成功紡製出了細度小於06dtex的細旦聚丙烯長絲。
這使我國攻克了聚丙烯纖維在衣著應用上的世界技術難題,並為目前中國在聚丙烯纖維細旦化、有色化、高速化、功能化研究和產業化方麵取得的國際領先成果奠定了基礎。
從此,朱美芳他們在聚丙烯細旦纖維方麵的研究一發而不可收。他們緊接著承擔了原紡織總會下達的科技開發項目“有色丙綸細旦絲及其產品開發研究”,開發成功了細度小於1的有色細旦、超細旦丙綸長絲,使我國在聚丙烯纖維細旦化研究領域居世界領先地位。
1998年起,他們又用熔融紡絲法首次成功紡製出可染細旦聚丙烯長絲。在保證纖維細旦化的前提下賦予纖維可梁特性,使這種新型纖維和服裝不但具有一般細旦聚丙烯纖維所具有的“優良的疏水導濕性、舒適性、衛生性和仿真的外觀”,還可根據消費者需要染成五彩繽紛的顏色。該成果首次實現了聚丙烯長絲的細旦化和可梁化的有機統一,解決了又一公認的世界難題——聚丙烯的染色問題,其經濟及社會效益不可估量。
由於朱美芳取得創新性研究成果,她1998年被破格晉升為教授。並先後獲得第六屆“中國青年科技獎”、“桑麻”紡織傑出青年學者獎;被授予“突出貢獻中青年專家”、“全國巾幗建功標兵”稱號。2001年1月被上海市科委聘為上海市“十五”重點科技領域發展技術預見專家。
“趁著年輕,多想一點,多幹一點,多創一點。”朱美芳這麼說,也這麼做著。