第31章 放大效应
解决工程方面的实际问题，理论固然重要，但经验也很关键，二者缺一不可，只有将理论和经验集合起来，才能成为专家，陈耀华既具有扎实的理论基础，又有丰富的实践经验，每当遇到棘手的工程问题，他总能找到解决办法，虽然有些办法可能是临时性的，却保证了工作进度不被耽误。 面对材料合成反应釜的密封问题，陈耀华提出了自己的解决方案，几位助手听了后觉得豁然开朗，纷纷表示方案可行。陈耀华告诫他们，该方案仅仅指出了解决问题的大方向，具体如何实施，还希望助手们发挥各自的聪明才智。 具体实施过程中，涉及三方面问题，其一，tsm材料如何熔化；第二，涂布方法；第三，对单片石棉垫圈涂布，还是数层垫圈叠在一起涂布？哪种形式密封性能更好？这些问题都需要逐个得到解决。 几位助手各抒己见，每个人都提出了自己的建议，陈耀华没有评论孰优孰劣，他强调，没有克服不了的困难，关键是脚踏实地的行动。 这就是陈耀华培养锻炼年轻人的方法，让他们大胆设想，大胆实践，不怕犯错，勇于探索。这一过程也许会耗费一点原材料，或者耽误一点时间，但通过这样的过程不仅使年轻人得到锻炼成长，而且也在探索实践中解决了实际问题。事实证明，这是一套行之有效的办法，综合效益很显著。 谁都知道用加热的方法可以使tsm材料融化，但实践过程中发现，随着加热温度的升高，tsm材料在熔化时，颜色逐渐加深，陈耀华跟助手们分析判断，这是tsm材料被高温氧化的结果，这样的材料涂布于石棉垫圈表面，不仅没有弹性，失去了密封作用，而且性能变脆，根本没有实用价值。 “高温氧化，看来这是必须解决的问题，否则，tsm作为密封材料，将来在加工成型过程中，将会受到极大限制。”助手们相互看着，自言自语道。 陈耀华若有所思地说：“高温氧化，在材料合成过程中没有发生这种现象，......，嗯，对了，材料合成时，反应釜内除了各种原料液体，就是各种原料的蒸汽，整个体系实际上处于跟空气隔绝的状态，如果在熔化过程中，也让体系跟空气隔绝呢？” “还真是这个原因。可是，熔化tsm的过程，怎么才能使体系跟空气处于隔绝状态？”助手们纷纷问道。 “用惰性气体保护，就可以达到这个目的。”陈耀华显得胸有成竹。 “惰性气体保护，好主意！还是主任有办法。但是采用哪种惰性气体呢？氮气还是二氧化碳？”对于这位领导和老师，助手们从内心佩服。 “我认为氮气的保护效果更好，毕竟二氧化碳在高温条件下，其活泼性也在增加，虽然氮气的成本更高一些。” 在接下来的熔化过程中，采用了氮气保护工艺，出现了立竿见影的效果，tsm熔化的难题迎刃而解。正是陈耀华想到的这套方案，成了tsm材料多个型号在将来加工成型工艺中的标准方法。 至于涂布方式，虽然陈耀华和他的助手们想出了多种方案，因为当时条件的限制，都一一作罢，最终选择了非常原始的手工刷涂方法。尽管这种cao作方式速度慢，涂布厚度不好掌握，但却简单实用，随着cao作工人的经验积累，速度和涂布质量也得到了稳步提高。 为了增加密封垫圈的可靠性和耐用性，他们决定先对单层石棉垫片进行涂布，再将数层垫片摞在一起进行整体涂布，这样处理后，既能保证密封垫圈的强度，又可以增强垫圈的密封性能。 不要小看这一系列临时举措，这些突发奇想似的暂时性方法，都是tsm材料实际应用的雏形，为tsm材料的加工和向各应用领域大规模推广打下了方向性基础。 因为设备的密封垫圈事关试验cao作的安全风险，在头几批试验中，从上午八点开始投料，到晚上十一点左右合成反应结束，一连数天，陈耀华全程不离现场，试验过程中他密切关注设备垫圈在高温高压下的表现情况。 结果出人意料，试验过程中密封垫圈不仅经受住了高温高压的考验，没有出现泄露现象，而且可以多次重复使用，这不仅证明了这种涂布密封方式的可行性，更说明了tsm材料具有优异的耐温耐压性能。 但是，这种密封方式毕竟没有经过有关专业部门的正式检验，陈耀华告诫助手们，为了保险起见，一旦发现密封垫圈的表面涂层失去弹性，就要毫不犹豫地更换新垫圈。 解决了密封问题，陈耀华和助手们在工业化试验设备上，一一验证了小试期间的各种试验条件，并对其进行修正。总体而言，工业化试验取得的结果，跟实验室的结果在趋势上是基本吻合的，但也有几方面问题存在较大差距，需要进一步用试验确认最终的工艺条件。 首先，如果按照小试过程中引发剂的用量，在工业化试验装置中得到的试验结果，不仅产品收率有所减少，而且几项性能指标也有不同程度的降低。 另外，材料合成时间普遍延长，如果按照小试所用的反应时间，原料的转化根本到不了终点。 陈耀华认为，在工业化实验装置中出现这些现象不难理解，因为装置体积扩大数倍，引发剂跟其他原料的混合程度不可能像小设备里面那么均匀，如果增加一定的引发剂用量，也许可以克服引发剂局部不均的问题。 合成反应时间延长，也跟装置体积扩大有关，其根源还是因为原料浓度局部不均。 这就是所谓的放大效应，如果将实验室成果直接应用于工业生产，几乎都会因为放大效应出现意想不到的各种问题，进行工业化试验的目的，就是要在介于小试规模和工业生产规模之间进行试验验证，从而发现问题，解决问题，在设备和工艺上提出更接近于工业化大生产的条件。 助手们按照陈耀华的建议，将引发剂用量在原有基础上增加百分之三十，在此条件下进行试验，产品收率倒是有所提升，但得到的样品色泽却有所加深，检测结果显示，性能不仅没有得到提高，其柔韧性（弹性）甚至还有所下降。 “这是什么原因呢？”面对很不理想的实验结果，陈耀华也非常困惑。 “主任，样品颜色加深和弹性降低，可能跟引发剂用量增加，发生局部过度聚合有关。”周玉明学的是高分子材料，他从专业角度分析道。 521工程汇聚了多个专业的技术精英，陈耀华的原则就是广泛听取各种意见，最大限度吸收集体智慧，所以，他历来鼓励和重视助手们的观点和建议。 “嗯，有可能发生了局部过度聚合。”陈耀华赞同周玉明的分析。 “增加引发剂用量，容易发生过度聚合，问题是不增加引发剂用量，怎么保证原料的全部转化呢？”田海涛也是陈耀华的得力助手，他学的是有机专业，很重视原料转化率。 “是啊，既要关注原料转化率，更要重视产品质量。”陈耀华认为助手们提出的问题都很重要，他思索一番后继续说道：“也许，小试过程中的引发剂用量原本没有问题，只不过咱们在工业化试验中的具体cao作方式存在不当之处。” “哦，主任，能详细解释一下你的观点吗？”几位助手一起看向陈耀华，就像在大学课堂跟老师讨论问题一样，异口同声地问道。 “从理论上讲，引发剂用量跟设备大小应该没有关系，所以，小试期间经过反复试验，确定的引发剂用量是合适的，否则，当时就会发现问题。为什么我说咱们现在有可能存在cao作不当呢？既然按照小试确定的引发剂用量没有问题，而试验结果却不尽人意，我觉得还是因为设备体积放大后，存在引发剂跟原料混合不均匀的弊端。”陈耀华分析道。 “归根到底，还是放大效应引起的问题。随着合成反应的开始，生成物浓度越来越高，设备内物料的粘度将越来越大，如果混合不均匀，即使按照小试确定的引发剂用量，也有可能出现局部过度聚合的现象。”周玉明提醒道。 “现在看来，在工业化试验中，原料混合倒成了一个难题，这有点出乎预料，要想解决这个问题，难道要在合成反应器中增加搅拌设备？”这是许巍的一种建议。 “加装搅拌设备，倒是解决问题的一种方法，但搅拌轴在高温高压下的密封问题怎么解决呢？”唐建林虽然学的是无机专业，但作为陈耀华的助手，同样喜欢分析问题。 “在现有设备上加装搅拌装置是不可能的，一方面搅拌轴的密封无法解决，另外现有设备的结构也不允许那么做。”陈耀华思虑片刻，继续说道：“其实，要解决这个问题也不难，如果各种原料在进入合成釜之前，让他们先在另一台设备里混合均匀，一样可以达到这个目的。” “主任的意思，加装一台预混合设备？”许巍反应很快。 “对，就是这个意思，加装一台预混合设备，先把包括引发剂在内的各种原料全部加入预混合设备，在常温常压下混合均匀，然后再进入合成釜。”陈耀华解释道。 “这是个好办法！对现有设备和管路不进行任何改动，只在旁边增加一台带搅拌的容器即可。”助手们纷纷赞同。 陈耀华跟几名助手一致认为，一旦解决了原料混合问题，出现在工业化试验中的两种不利情况，都能得到克服。他当即对下一步工作做了详细部署，试验暂停，由他亲自联系预混合设备，周玉明负责联系具体施工事宜。 “主任，负责521工程工业化试验项目安装施工的单位早就撤走了，就这么点小事，也没法把他们再找回来呀！”