日前，由中國石油牽頭承擔的“高性能合成橡膠產業化關鍵技術”通過了項目綜合績效評價。該項目在胎面膠、氣密層、胎側膠、硫化膠囊制造工藝及配方等方面取得重大技術突破，實現了4個膠種的產業化生產及在輪胎中集成應用示范，打破了我國高性能輪胎制造對國外高端基礎橡膠原材料和先進加工技術的依賴。這將有力推動我國合成橡膠與輪胎行業實現由大到強的轉型升級，重構中國輪胎產業鏈的高質量發展底座。
抱團創新聯合攻關
我國是世界合成橡膠和輪胎的第一產銷大國。2017年我國合成橡膠產量達355萬噸，占全球產量的23.6%，但高端產品需要進口，年進口量達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雜，技術開發難度大。這影響了整個國產高端輪胎產業與合成橡膠產業的技術進步和高質量發展。
2017年10月30日，“高性能合成橡膠產業化關鍵技術”項目啟動會暨實施方案咨詢審議會在北京召開，吹響了國內合成橡膠及輪胎產業鏈轉型跨越的“沖鋒號”。
作為牽頭單位，中國石油將這項艱巨的任務交給了石油化工研究院蘭州化工研究中心主任龔光碧。從項目申報階段開始，龔光碧就圍繞項目要求，把著眼點放在事關產業核心競爭力、整體自主創新能力和國家產業安全的重大科學技術問題上。中國石油聯合清華大學、同濟大學、大連理工大學、中國科學院長春應化所、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家國內橡膠領域一流的高校、研究院所、企業，依托高分子物理與化學國家重點實驗室、國家橡膠與輪胎工程技術研究中心等5個國家級平臺，建立起一個覆蓋整個產業鏈的創新團隊。
“科研團隊要克服門戶之見，集眾家所長、全國之力，通過自主創新，在國內構建起一個能夠持續性支撐和引領產業發展的技術平臺，并通過技術進步提升中國制造的產品競爭力，為合成橡膠和輪胎行業打造出一個健康的產業‘生態圈’。”龔光碧如是說。要在規定的時間里完成開發和應用，就必須打破常規，加快科研開發、技術更新和成果速度，縮短從科研到技術再到市場的推進周期。
針對時間緊、任務重、參加單位多、組織協調難度大的情況，項目團隊按照基礎前沿、重大共性關鍵技術到應用示范進行全鏈條設計，堅持一體化組織實施的原則，采取產學研用協同攻關整體推進的方式，制訂出一整套實施與解決方案。
四大方向齊驅并進
“高性能合成橡膠產業化關鍵技術”項目共有4個課題。項目實施以后，各合作單位和人員，針對項目起點高、理論創新難度大等困難，全力支持項目的進行，塑造了一個又一個“奮斗者”的美麗風景。
就“星型支化丁基/溴化丁基橡膠技術和關鍵設備”課題來說，在技術帶頭人魏緒玲、燕鵬華與北京石油化工學院伍一波老師的帶領下，課題組通過理論創新，采用陰離子聚合方法，開發了支化位點結構與數量可控、軟段—硬段相結合、兼具接枝和淤漿穩定功能的支化劑，攻克了“原位接枝”法制備星型支化丁基橡膠的技術難題，與浙江信匯新材料股份有限公司任紀文專家團隊共同設計建設了國內首套丁基橡膠工業側線裝置，為星型支化丁基橡膠新技術、新產品產業化落地提供了平臺支撐。
針對丁基橡膠溴化過程涉及的高黏度、大混合比、強腐蝕性等極端工況，清華大學駱廣生教授團隊系統研究了微通道內“高黏度—大流量比”混合體系的基本規律，設計并優化了十字型和微篩孔混合結構，提出了微混合單元一維幾何放大和二維數量集成的設計方法，以及聚四氟乙烯微結構和涂層組合的防腐方法，創制了體積小、安全可靠、維護成本低的丁基橡膠溴化、中和工業微反應器。同時，他們完成了丁基橡膠溴化微反應技術的產業化示范，創制了國際上首套萬噸級溴化丁基橡膠微化工生產系統，溴素利用率達93%，產品質量達到國際高端產品水平，開創了微化工技術在合成橡膠領域大規模產業化應用的先河。
近年來，汽車產業轉型對輪胎基礎材料提升提出了新要求，特別是燃油車向新能源車轉型，需要官能化溶聚丁苯橡膠，而國內所用全部依賴進口。為了盡快實現該產品的自主可控，“官能化溶聚丁苯橡膠”課題組多方案并舉，從基礎研究做起，建立了官能化溶聚丁苯橡膠合成方法平臺。他們開發出官能化引發劑制備核心技術，解決了傳統官能化引發劑在烴溶劑中溶解性差、引發效率低、穩定性差等問題，在獨山子石化溶聚丁苯橡膠生產裝置完成官能化溶聚丁苯橡膠工業試驗，生產出107噸工業產品，產品性能達到國外同類產品技術水平，填補國內空白。
“窄分布支化稀土順丁橡膠”是項目需要開發的另外一個高端產品。2018年5月，課題組在獨山子石化開展中試研究。經過長春應化所、獨山子石化、石化院團隊艱苦攻關，課題組開發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，聚合轉化率提高到99%以上，實現了窄分布支化稀土順丁橡膠3.2萬噸/年生產示范，形成了穩定的工業生產技術，產品性能超過國外同類產品水平。
“雙B級輪胎及長壽命膠囊的產業化示范”課題組長李波與怡維怡橡膠研究院、賽輪集團研究人員，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阻力性能和抗濕滑性能的影響規律，提出了高性能輪胎胎面膠配方設計基本原則。他們結合課題團隊開發的濕法混煉、低溫一次法混煉、電子輻照預硫化等一整套輪胎制造工藝，實現了輪胎抗濕滑性能、滾動阻力的調控。
他們還開發了3個膠種在高性能輪胎中的集成應用技術，制備的輪胎滾動阻力/抗濕滑性能達到歐盟輪胎標簽法A/B級，比國內現有輪胎提升2～3個等級。丁基橡膠制備的硫化膠囊使用次數超過600次，比國內現有平均450次提高38%以上。
實現若干重大突破
“高性能合成橡膠產業化關鍵技術”項目的完成，不但推進了國內高性能合成橡膠材料的發展以及我國輪胎行業的技術進步與產業升級，提高了國產輪胎在國際市場的競爭力，而且抓住了合成橡膠行業高質量發展的“牛鼻子”，促進了我國向橡膠工業強國的跨越，推動了國家“雙碳”目標的落地。
該項目的完成，使我國在胎面膠、氣密層、胎側膠、硫化膠囊制造工藝及配方等方面形成新的重大技術突破，生產出國家急需的核心材料，實現了4個膠種的產業化生產及在輪胎中集成應用示范。截至目前，該項目實現理論創新與突破4項，關鍵技術突破3項，完成6個創新產品，取得關鍵裝備創新3項，申請國家發明專利32件，發表論文26篇，制修訂標準6項。
該項目自主開發的高性能合成橡膠基礎材料的集成應用示范，打破了我國高端輪胎制造對國外高端基礎橡膠原材料和先進加工技術的依賴，使我國輪胎用高性能合成橡膠基礎材料平均占比提高約15%。輪胎滾動阻力達到A級，輪胎抗濕滑性能達到B級，每年減少二氧化碳排放約3770萬噸。
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