铁系梳枝丁戊橡胶荣获青岛市技术发明奖一等奖

8月16日，2023年度青岛市科学技术奖获奖名单公布，铁系梳枝丁戊橡胶创制和高性能轮胎制造关键技术获得青岛市技术发明奖一等奖。该科技创新成果针对高性能溶聚丁苯橡胶严重依赖进口的迫切需求，创制了轮胎胎面用铁系梳枝丁戊橡胶新材料，在工业化生产放大关键技术和高性能轮胎制造关键技术方面取得重大进展。第一完成人王庆刚表示，希望未来铁系梳枝丁戊橡胶能够成为山东乃至全国轮胎企业制备高性能轮胎的首选用胶，期望未来5—10年可以形成数十亿级橡胶材料市场，数百亿级橡胶制品市场。

瞄准发展痛点

从零开始研发橡胶新材料

中国是全球最大的轮胎生产和消费国，山东省又是全国轮胎生产的第一大省，产能占全国一半以上。目前，半钢子午轮胎胎面胶中70%以上使用溶聚丁苯橡胶。然而，我国的高性能溶聚丁苯橡胶几乎完全依赖进口，严重限制了我国橡胶轮胎产业的高质量发展。

中国科学院青岛能源所瞄准国家重大需求、橡胶轮胎产业发展痛点，决策王庆刚研究员围绕这一痛点问题开展科学研究，开发橡胶新材料。“我攻读博士学位和博士后工作阶段，近十年时间，一直从事药物中间体的研发，从未涉足过橡胶新材料的开发，一切都是从头开始学习。我的导师说要做真正有益于社会的产品，我这才坚定下来要做这个新材料。”王庆刚说。2015年，从零开始的王庆刚最初接手橡胶新材料工作时并没有盲目前进，他一边在实验室进行技术研究以确定可能的催化聚合体系，一边在市场行业端进行走访了解需求。在一次前辈云集的会议上，王庆刚收集了关于橡胶新材料研发方向上需要解决的诸多基本问题。一是做橡胶，中国的橡胶合成企业去过几个？他们的催化剂是什么？催化聚合技术是什么？他们想做什么新材料？将来的市场售价是多少？二是橡胶做出来之后主要用于轮胎制作，轮胎厂有没有去过？他们是什么生产工艺？需要用什么橡胶新材料？他们的成本需要控制在多少？这些看似简单的问题却困扰了王庆刚两年的时间。

王庆刚用了这两年的时间密集走访橡胶企业和轮胎企业，终于在2017年理清头绪，找到了橡胶新材料的研发方向，但是这时研发小组已经没有经费了。“但是我们研究组所有成员愿意领着最低工资，只是希望能继续研究下去。”王庆刚暗下决心坚定方向。虽然研究组每位成员的薪资很低，但是大家面对新材料的研究热情高涨。一口气干到现在九年多的时间，成功研发出了铁系梳枝丁戊橡胶新材料，解决了我国橡胶方面的关键问题。

多个优势指标

抗湿滑安全性达到A级

在橡胶新材料研究的过程中，困扰王庆刚最大的问题就是如何做到在提高抗湿滑性和增加轮胎耐磨性能的同时不增加滚动阻力，甚至做到让滚动阻力下降。对于轮胎行业来说，这三项往往难以兼顾，提高其中一两项指标，其他的就会随之下滑。“我们必须要做到在提高抗湿滑性能的同时，让另外两项指标也适当变好才行”王庆刚说道。虽然说起来简单，但做起来却难上加难。“我们通过设计合成新型铁系催化剂，创制了铁系梳枝丁戊橡胶新材料的分子链结构，同时开发了具有自主知识产权的催化剂技术和催化聚合技术，实现了铁系梳枝丁戊橡胶的高效制备。”

谈到铁系梳枝丁戊橡胶的优势指标，王庆刚表示，我们可以做到别的橡胶材料做不到的性能，铁系梳枝丁戊橡胶在抗湿滑性方面达到了A级，而现有的普通溶聚丁苯橡胶抗湿滑安全性基本仅能达到B级，此前就算做到A级轮胎，油耗也会大幅提升。铁系梳枝丁戊橡胶新材料在不提升滚动阻力的情况下，将抗湿滑安全性提高到A级，这意味着刹车距离可以缩短5%—10%。通俗地讲，如果车辆以120公里/小时的速度在湿滑路面行驶，遇到紧急情况需要急刹车，传统轮胎刹车（ABS启用）距离至少需要100米，采用新材料轮胎的刹车距离会减少到80米以内。“梳枝结构像是梳子一样，有主链有支链，这样的结构可以提供给轮胎更好的抓地力。”王庆刚说道。同时由于铁系梳枝丁戊橡胶微观结构调整后，去掉了苯环，使用极性更高的丁二烯和异戊二烯，可使更多的白炭黑均匀分散，在大幅提升抗湿滑性的同时降低滚动阻力，这也使得汽车更加的绿色节油。轮胎评测结果表明，新成果综合性能优异，抗湿滑安全性达到欧盟新标签法最高级——A级标准，绿色节油性能显著优于高结苯溶聚丁苯橡胶，同时产品成本有效降低。

此外，铁系梳枝丁戊橡胶的耐磨性和可控稳定性比之溶聚丁苯橡胶都有不同程度的提升，王庆刚表示，轮胎企业非常重视上游每一批次材料的批次稳定性，新材料可以做到批次稳定性非常高，应用性能上下波动很小，同时研究组采用了更加环保的聚合溶剂，使得生产工艺更加绿色安全。

全链条发展

轮胎生产达到数十亿元产值

“单纯做基础研究我可能仅是发表一些学术论文，但是永远不会有真正解决现实技术难题的实际应用和产品，一定要从实验室技术走到工厂，走到我们的现实生活中去，真正地为社会做贡献。”谈到铁系梳枝丁戊橡胶研发中最关键的技术突破，王庆刚表示要做到全链条贯通式，从材料到产出成品，每一环节都要下功夫。2020年，王庆刚团队生产了几百公斤的中试橡胶，送到十余家轮胎公司去实验，收到的反馈普遍是这个橡胶性能很差。“新的材料问世，大家不知道该怎么用，没有应用研究给这些公司做指导，所以我们迅速补上了这一环。”王庆刚说道。要真正深入到轮胎企业，把橡胶材料用起来，“我们的同事在轮胎公司附近租了一间房，和轮胎工程师一起工作研究两个多月，研发出了适合橡胶新材料的加工工艺和应用配方。”王庆刚的研究组协同攻坚，打通产学研用全链条，与上下游企业构建深度合作，加速推动科技创新成果的顺利转化落地。

从2015年开始在实验室进行相关工作，2017年取得重要突破，到2018年开始和中石化合作推进工业化生产，再到目前实现全球首次万吨级工业化试生产，形成每年三万吨的生产能力。从橡胶新材料来讲，现在每年可以形成4亿-5亿元的产值，对标到轮胎生产，可以达到数十亿元的产值。这一串串数据，是王庆刚研究组数年如一日的坚持，是面对溶聚丁苯橡胶“卡脖子”问题开展关键核心技术攻关的决心。2023年1月，青岛能源所与中石化湖南石化合作完成万吨级铁系梳枝丁戊橡胶工业试生产；同年与青岛森麒麟轮胎、山东昊华轮胎等省内轮胎龙头企业合作，实现了铁系梳枝丁戊橡胶轮胎的全球首次商业化生产，完成7.5万条高性能轮胎制造示范。王庆刚期望未来山东的轮胎企业能用上质优价廉的橡胶新材料，用新质生产力助力中国轮胎制造业做大做强。

王庆刚希望未来铁系梳枝丁戊橡胶可以成为轮胎制造的主要用胶，能够成为山东乃至全国轮胎企业制备高性能轮胎的首选用胶。“轮胎涉及国民生产的方方面面，解决这个卡脖子问题之后，我们国家的轮胎制造水平和交通运输业会有明显提升”，王庆刚表示，中国轮胎在全球的竞争力会有进一步的提升，这也是自己作为科研人员最希望为国家做的事情。

（齐鲁晚报·齐鲁壹点客户端 曹婧雯 高雅洁）