日前，由中國石油牽頭承擔(dān)的“高性能合成橡膠產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)”通過了項(xiàng)目綜合績效評(píng)價(jià)。該項(xiàng)目在胎面膠、氣密層、胎側(cè)膠、硫化膠囊制造工藝及配方等方面取得重大技術(shù)突破，實(shí)現(xiàn)了4個(gè)膠種的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)及在輪胎中集成應(yīng)用示范，打破了我國高性能輪胎制造對國外高端基礎(chǔ)橡膠原材料和先進(jìn)加工技術(shù)的依賴。這將有力推動(dòng)我國合成橡膠與輪胎行業(yè)實(shí)現(xiàn)由大到強(qiáng)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，重構(gòu)中國輪胎產(chǎn)業(yè)鏈的高質(zhì)量發(fā)展底座。
抱團(tuán)創(chuàng)新聯(lián)合攻關(guān)
我國是世界合成橡膠和輪胎的第一產(chǎn)銷大國。2017年我國合成橡膠產(chǎn)量達(dá)355萬噸，占全球產(chǎn)量的23.6%，但高端產(chǎn)品需要進(jìn)口，年進(jìn)口量達(dá)136.5萬噸。
造成這一局面的主要因素是高端輪胎用膠制造工藝復(fù)雜，技術(shù)開發(fā)難度大。這影響了整個(gè)國產(chǎn)高端輪胎產(chǎn)業(yè)與合成橡膠產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和高質(zhì)量發(fā)展。
2017年10月30日，“高性能合成橡膠產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目啟動(dòng)會(huì)暨實(shí)施方案咨詢審議會(huì)在北京召開，吹響了國內(nèi)合成橡膠及輪胎產(chǎn)業(yè)鏈轉(zhuǎn)型跨越的“沖鋒號(hào)”。
作為牽頭單位，中國石油將這項(xiàng)艱巨的任務(wù)交給了石油化工研究院蘭州化工研究中心主任龔光碧。從項(xiàng)目申報(bào)階段開始，龔光碧就圍繞項(xiàng)目要求，把著眼點(diǎn)放在事關(guān)產(chǎn)業(yè)核心競爭力、整體自主創(chuàng)新能力和國家產(chǎn)業(yè)安全的重大科學(xué)技術(shù)問題上。中國石油聯(lián)合清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、大連理工大學(xué)、中國科學(xué)院長春應(yīng)化所、怡維怡橡膠研究院、賽輪(東營)輪胎股份有限公司、浙江信匯新材料股份有限公司7家國內(nèi)橡膠領(lǐng)域一流的高校、研究院所、企業(yè)，依托高分子物理與化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國家橡膠與輪胎工程技術(shù)研究中心等5個(gè)國家級(jí)平臺(tái)，建立起一個(gè)覆蓋整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。
“科研團(tuán)隊(duì)要克服門戶之見，集眾家所長、全國之力，通過自主創(chuàng)新，在國內(nèi)構(gòu)建起一個(gè)能夠持續(xù)性支撐和引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)平臺(tái)，并通過技術(shù)進(jìn)步提升中國制造的產(chǎn)品競爭力，為合成橡膠和輪胎行業(yè)打造出一個(gè)健康的產(chǎn)業(yè)‘生態(tài)圈’。”龔光碧如是說。要在規(guī)定的時(shí)間里完成開發(fā)和應(yīng)用，就必須打破常規(guī)，加快科研開發(fā)、技術(shù)更新和成果速度，縮短從科研到技術(shù)再到市場的推進(jìn)周期。
針對時(shí)間緊、任務(wù)重、參加單位多、組織協(xié)調(diào)難度大的情況，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)按照基礎(chǔ)前沿、重大共性關(guān)鍵技術(shù)到應(yīng)用示范進(jìn)行全鏈條設(shè)計(jì)，堅(jiān)持一體化組織實(shí)施的原則，采取產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同攻關(guān)整體推進(jìn)的方式，制訂出一整套實(shí)施與解決方案。
四大方向齊驅(qū)并進(jìn)
“高性能合成橡膠產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目共有4個(gè)課題。項(xiàng)目實(shí)施以后，各合作單位和人員，針對項(xiàng)目起點(diǎn)高、理論創(chuàng)新難度大等困難，全力支持項(xiàng)目的進(jìn)行，塑造了一個(gè)又一個(gè)“奮斗者”的美麗風(fēng)景。
就“星型支化丁基/溴化丁基橡膠技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備”課題來說，在技術(shù)帶頭人魏緒玲、燕鵬華與北京石油化工學(xué)院伍一波老師的帶領(lǐng)下，課題組通過理論創(chuàng)新，采用陰離子聚合方法，開發(fā)了支化位點(diǎn)結(jié)構(gòu)與數(shù)量可控、軟段—硬段相結(jié)合、兼具接枝和淤漿穩(wěn)定功能的支化劑，攻克了“原位接枝”法制備星型支化丁基橡膠的技術(shù)難題，與浙江信匯新材料股份有限公司任紀(jì)文專家團(tuán)隊(duì)共同設(shè)計(jì)建設(shè)了國內(nèi)首套丁基橡膠工業(yè)側(cè)線裝置，為星型支化丁基橡膠新技術(shù)、新產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化落地提供了平臺(tái)支撐。
針對丁基橡膠溴化過程涉及的高黏度、大混合比、強(qiáng)腐蝕性等極端工況，清華大學(xué)駱廣生教授團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)研究了微通道內(nèi)“高黏度—大流量比”混合體系的基本規(guī)律，設(shè)計(jì)并優(yōu)化了十字型和微篩孔混合結(jié)構(gòu)，提出了微混合單元一維幾何放大和二維數(shù)量集成的設(shè)計(jì)方法，以及聚四氟乙烯微結(jié)構(gòu)和涂層組合的防腐方法，創(chuàng)制了體積小、安全可靠、維護(hù)成本低的丁基橡膠溴化、中和工業(yè)微反應(yīng)器。同時(shí)，他們完成了丁基橡膠溴化微反應(yīng)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化示范，創(chuàng)制了國際上首套萬噸級(jí)溴化丁基橡膠微化工生產(chǎn)系統(tǒng)，溴素利用率達(dá)93%，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國際高端產(chǎn)品水平，開創(chuàng)了微化工技術(shù)在合成橡膠領(lǐng)域大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的先河。
近年來，汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型對輪胎基礎(chǔ)材料提升提出了新要求，特別是燃油車向新能源車轉(zhuǎn)型，需要官能化溶聚丁苯橡膠，而國內(nèi)所用全部依賴進(jìn)口。為了盡快實(shí)現(xiàn)該產(chǎn)品的自主可控，“官能化溶聚丁苯橡膠”課題組多方案并舉，從基礎(chǔ)研究做起，建立了官能化溶聚丁苯橡膠合成方法平臺(tái)。他們開發(fā)出官能化引發(fā)劑制備核心技術(shù)，解決了傳統(tǒng)官能化引發(fā)劑在烴溶劑中溶解性差、引發(fā)效率低、穩(wěn)定性差等問題，在獨(dú)山子石化溶聚丁苯橡膠生產(chǎn)裝置完成官能化溶聚丁苯橡膠工業(yè)試驗(yàn)，生產(chǎn)出107噸工業(yè)產(chǎn)品，產(chǎn)品性能達(dá)到國外同類產(chǎn)品技術(shù)水平，填補(bǔ)國內(nèi)空白。
“窄分布支化稀土順丁橡膠”是項(xiàng)目需要開發(fā)的另外一個(gè)高端產(chǎn)品。2018年5月，課題組在獨(dú)山子石化開展中試研究。經(jīng)過長春應(yīng)化所、獨(dú)山子石化、石化院團(tuán)隊(duì)艱苦攻關(guān)，課題組開發(fā)了羧酸釹類單一活性中心稀土催化劑，使催化劑活性提高20%以上，聚合轉(zhuǎn)化率提高到99%以上，實(shí)現(xiàn)了窄分布支化稀土順丁橡膠3.2萬噸/年生產(chǎn)示范，形成了穩(wěn)定的工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，產(chǎn)品性能超過國外同類產(chǎn)品水平。
“雙B級(jí)輪胎及長壽命膠囊的產(chǎn)業(yè)化示范”課題組長李波與怡維怡橡膠研究院、賽輪集團(tuán)研究人員，通過研究官能化溶聚丁苯橡膠、稀土順丁橡膠及白炭黑對滾動(dòng)阻力性能和抗?jié)窕阅艿挠绊懸?guī)律，提出了高性能輪胎胎面膠配方設(shè)計(jì)基本原則。他們結(jié)合課題團(tuán)隊(duì)開發(fā)的濕法混煉、低溫一次法混煉、電子輻照預(yù)硫化等一整套輪胎制造工藝，實(shí)現(xiàn)了輪胎抗?jié)窕阅堋L動(dòng)阻力的調(diào)控。
他們還開發(fā)了3個(gè)膠種在高性能輪胎中的集成應(yīng)用技術(shù)，制備的輪胎滾動(dòng)阻力/抗?jié)窕阅苓_(dá)到歐盟輪胎標(biāo)簽法A/B級(jí)，比國內(nèi)現(xiàn)有輪胎提升2～3個(gè)等級(jí)。丁基橡膠制備的硫化膠囊使用次數(shù)超過600次，比國內(nèi)現(xiàn)有平均450次提高38%以上。
實(shí)現(xiàn)若干重大突破
“高性能合成橡膠產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目的完成，不但推進(jìn)了國內(nèi)高性能合成橡膠材料的發(fā)展以及我國輪胎行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)升級(jí)，提高了國產(chǎn)輪胎在國際市場的競爭力，而且抓住了合成橡膠行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的“牛鼻子”，促進(jìn)了我國向橡膠工業(yè)強(qiáng)國的跨越，推動(dòng)了國家“雙碳”目標(biāo)的落地。
該項(xiàng)目的完成，使我國在胎面膠、氣密層、胎側(cè)膠、硫化膠囊制造工藝及配方等方面形成新的重大技術(shù)突破，生產(chǎn)出國家急需的核心材料，實(shí)現(xiàn)了4個(gè)膠種的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)及在輪胎中集成應(yīng)用示范。截至目前，該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)理論創(chuàng)新與突破4項(xiàng)，關(guān)鍵技術(shù)突破3項(xiàng)，完成6個(gè)創(chuàng)新產(chǎn)品，取得關(guān)鍵裝備創(chuàng)新3項(xiàng)，申請國家發(fā)明專利32件，發(fā)表論文26篇，制修訂標(biāo)準(zhǔn)6項(xiàng)。
該項(xiàng)目自主開發(fā)的高性能合成橡膠基礎(chǔ)材料的集成應(yīng)用示范，打破了我國高端輪胎制造對國外高端基礎(chǔ)橡膠原材料和先進(jìn)加工技術(shù)的依賴，使我國輪胎用高性能合成橡膠基礎(chǔ)材料平均占比提高約15%。輪胎滾動(dòng)阻力達(dá)到A級(jí)，輪胎抗?jié)窕阅苓_(dá)到B級(jí)，每年減少二氧化碳排放約3770萬噸。
