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。尽管这种操作方式速度慢,涂布厚度不好掌握,但却简单实用,随着操作工人的经验积累,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操作的安全风险,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操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操作不当呢?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!”