• 青岛能源所:抢占新材料“赛道”
    青岛政务网 发布日期 : 2022-08-07 来源 : 青岛日报
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    如果把汽车的外胎切开来,可以看到外胎从外到内由胎面、胎体、带束层、气密层组成。其中,胎面大量使用了溶聚丁苯橡胶,以提高汽车运行时的抗湿滑性(安全性),增强快速刹车能力。但一个不容忽视的事实是,溶聚丁苯橡胶几乎被国外企业垄断。

    针对该突出问题,中国科学院青岛生物能源与过程研究所(以下简称“青岛能源所”)历经7年开展产学研合作,创制了铁系枝化丁戊橡胶新材料,并经中试示范试验验证,可完全替代进口溶聚丁苯橡胶,且抗湿滑性更强,价格成本更具优势。

    7月23日,青岛能源所“铁系催化丁戊橡胶合成与应用关键技术”科技成果通过专家鉴定,认为项目整体技术达到国际先进水平。这意味着我国自主研发出高性能抗湿滑胎面橡胶新材料。同时据合作企业介绍,该材料及其产品将于今年下半年实现工业化,预计最早明年实现汽车轮胎产业应用。

    自主创新

    “橡胶属于国家战略物资,我国每年需求量约1100 万吨。但受地域限制,我国天然橡胶自给率不足25%。”青岛能源所研究员王庆刚介绍,合成橡胶是解决我国天然橡胶匮乏有效途径,近年来我国合成橡胶快速发展,形成了丁苯橡胶、顺丁橡胶、乙丙橡胶等“七大合成橡胶体系”,但部分大宗合成橡胶产品严重依赖进口,成为国家“卡脖子” 问题,溶聚丁苯橡胶就是其中代表。

    溶聚丁苯橡胶主要应用于高性能轮胎的胎面,以提供高抗湿滑性(安全性)。数据显示,我国是全球最大的轮胎生产和消费国,溶聚丁苯橡胶每年需求量超20万吨。同时,随着我国轮胎行业的快速增长,预计我国溶聚丁苯橡胶的需求量仍会保持年均10%速率递增。但是,我国高端溶聚丁苯橡胶严重依赖进口,几乎被国外垄断。“这意味着如果我们缺少溶聚丁苯橡胶,就无法正常进行轮胎生产。我们的汽车轮胎安全,并不掌握在自己手中。” 王庆刚说。

    在此背景下,王庆刚从2015年开始带领团队进行源头创新。从橡胶的微观结构设计做起,通过设计合成新型铁系催化剂,实现了铁系枝化丁戊橡胶新材料的创制。

    “通俗地说,合成橡胶就是由不同的单体在催化剂的作用下发生聚合反应形成的高分子化合物,就像我们砌墙一样,把各种单个的砖体合成一面墙。” 王庆刚解释说,铁系枝化丁戊橡胶中的“铁系”指的是催化剂,具有价格低廉、含量丰富、催化效果独特等优点;“枝化”指的是分子间树枝般的连接方式,从而提升合成橡胶的综合性能;而“丁戊橡胶”指的是该橡胶由丁二烯和异戊二烯单体共聚得到,具有优异的低温性能、耐疲劳性、耐撕裂性等。结果证明,该自主创新的合成橡胶新材料,打破国外垄断,可完全替代进口溶聚丁苯橡胶。

    优势明显

    相较于传统的溶聚丁苯橡胶,铁系枝化丁戊橡胶新材料应用在轮胎上有多优异?长期致力于橡胶产品研发、与青岛能源所合作实现了首次铁系枝化丁戊橡胶百吨级间歇聚合和连续聚合中试放大试验的中石化巴陵石油化工有限公司(以下简称“中石化巴陵石化”)给出了答案。

    “最大的特点是让轮胎更安全。”中石化巴陵石化科技发展部副经理周江明举例说,在同等条件下,如果一辆车以每小时100公里的速度行驶,普通的刹车距离可能需要80-100米。而用上青岛能源所研发的铁系枝化丁戊橡胶新材料,得益于其优良的抗湿滑性能,刹车距离可能只需要60-70米。这意味着在遇到紧急情况、采取紧急刹车时,汽车制动距离变短,从而大大提高了安全性。

    山东玲珑和昊华轮胎等企业与青岛能源所合作进行的铁系枝化丁戊橡胶在轮胎胎面胶中替代溶聚丁苯橡胶的应用技术研究及轮胎制造评测也证明了这一点。数据显示,使用铁系枝化丁戊橡胶新材料的轮胎,相较于使用溶聚丁苯橡胶的轮胎,刹车距离缩短20%-30%。铁系枝化丁戊橡胶轮胎的湿地抓着指数高达1.63,达到欧盟新标签法A级(最高级),而目前市面上销售的轮胎通常只能达到欧盟新标签法B级。

    除了突出的抗湿滑性能,较低的生产成本也是中石化巴陵石化看好铁系枝化丁戊橡胶新材料的一个方面。“从中试结果来看,制备铁系枝化丁戊橡胶新材料每吨所需成本大约12000-13000元,而制备同系列其他橡胶材料成本超过20000元,因此新材料在价格上具有绝对优势。” 周江明分析,该新材料仅仅应用于轮胎领域,每年的市场需求量就达到50万吨,加之应用于运动鞋防滑底等其他领域,年需求量或超过100万吨,市场潜力巨大。

    加快上市

    正是看好了铁系枝化丁戊橡胶新材料的各种优势,中石化巴陵石化正进一步深化与青岛能源所的合作,力争基于该新材料推出更多橡胶新产品。

    “我们计划今年下半年就把铁系枝化丁戊橡胶新材料及其轮胎产品进行工业化。” 对于未来发展前景,周江明充满信心。他说,中试期间他们研发的轮胎产品实际上是在下游进行应用研究,而工业化的轮胎产品则是到市场上去推广应用。“一切顺利的话,使用铁系枝化丁戊橡胶研发的轮胎将于明年上市。”

    随着我国“双碳”重大战略的实施和新能源汽车快速发展,青岛森麒麟轮胎股份有限公司作为全球轮胎行业的新势力,也看好了铁系枝化丁戊橡胶新材料这一“赛道”。

    “相对而言,新能源汽车起步更快,加速、行驶的速度也常常比普通车辆更快,因此对于轮胎的性能提出了更高的要求。” 青岛森麒麟轮胎股份有限公司副总经理秦靖博表示,在此背景下,铁系枝化丁戊橡胶新材料的超高抗湿滑性能意义重大。未来3-5年,他们将与青岛能源所王庆刚团队一同研发出基于该新材料的四季轮胎、冬季轮胎,形成可以打破国际轮胎“卡脖子”材料的国产化替换。

    按照王庆刚的展望,团队将持续对铁系枝化丁戊橡胶新材料的结构进行优化,根据不同的应用领域,细化成不同的产品,通过创制铁系枝化丁戊橡胶新材料技术与产品,解决我国溶聚丁苯橡胶严重依赖进口的难题,形成“原创性、系统性、用得上、有影响”的重大成果产出,服务国家能源化工和新材料重大需求,助力国民经济发展。


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