中國“橡膠黃埔”的“老兵”

發布時間:2016-05-13

來源:中國科學報

作者:唐鳳 仇夢斐

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  汪傳生

  1915年廣東兄弟橡膠公司在廣州成立,標志著中國橡膠工業的開端。百年后,青島科技大學被稱為“中國橡膠工業的黃埔”。作為全國設立橡膠專業最早的高等院校之一,目前已成為我國橡膠工業人才培養的搖籃,在國內外同行中享有很高的聲譽。

  青島科技大學機電工程學院院長、泰山學者特聘專家汪傳生教授,作為該校橡膠加工領域的學科帶頭人,以踏實肯干,著力進取的精神為中國“橡膠黃埔”增添濃墨重彩。

  變廢為寶

  中國是全球第一橡膠大國,橡膠消耗量及輪胎等主要橡膠制品產量多年穩居世界榜首。橡膠制品已經滲透到工業、農業、交通運輸、國防軍工、航天航空航海、醫療衛生等各個領域。

  中國橡膠工業近幾年在快速發展的同時,問題也隨之凸顯。以輪胎行業為例,目前輪胎行業產能過剩,很多技術裝備急需換代升級。汪傳生說,我國輪胎行業產量居世界第一,但生產總值沒有美國固特異一家公司的產值多。問題關鍵是,我國生產低附加值輪胎太多,而高附加值輪胎的生產技術少且落后。隨著工業快速發展尤其是汽車的普及,輪胎等橡膠制品需求量越來越大,但隨之而來的是每年產生的廢舊輪胎及其橡膠制品會越來越多。據世界環境衛生組織統計,世界廢舊輪胎積存量已達30億條,并以每年約10億條令人驚詫的數字增長。以廢橡膠為代表的黑色垃圾和以廢塑料為代表的白色垃圾,如何有效解決堆積如山的黑白垃圾對環境造成的嚴重污染,緩解和改善地球村環境污染壓力,成為發達和發展中國家嚴重面臨的、亟待突破的共同課題,也已成為目前世界性科研難題。

  目前廢橡膠最終的處理方法主要有掩埋、焚燒、裂解等方法。掩埋成本低、技術簡單,但容易造成長期有害的二次污染。焚燒能源回收效率低,同樣造成空氣嚴重污染。美國、歐洲已嚴格禁止使用這兩種可謂“拆了東墻補西墻”的方法處理廢舊輪胎。裂解是目前最理想的最終處理方法,不僅污染小(甚至可以做到無污染),又能將廢橡膠、廢塑料還原為炭黑、燃料油等化工產品,實現“最有效能源回收”。正是 “工業連續化廢橡膠廢塑料低溫裂解資源化利用技術”的科研及產業化應用的可喜成果,2011年汪傳生第二次獲國家科學技術進步獎二等獎。本成果完善了廢舊橡塑制品循環利用的相關理論,使科研成果及時產業化,推廣應用前景喜人。

  當前針對廢橡膠、廢塑料裂解技術進行研究的國家很多,但真正能夠實現工業化的極少。2004年汪傳生及其科研團隊開始與山東濟南友邦恒譽科技開發有限公司進行該項目全方位技術合作,以理論指導實踐,至今已經取得可喜的成績。濟南友邦研發制造的裂解設備及生產線,大批量出口并進駐歐洲,這是我國大型環保技術及裝備首次進入歐洲市場,同時建立了若干符合歐盟環保標準的裂解示范工程。美國也已經引進了濟南友邦十幾條生產線。這標志著該裂解技術及成效,目前在世界范圍處于實質前沿領先水平。

  汪傳生不想滿足現狀止步于此。他信心十足地表示,“下一步我們力爭實現輪胎整胎進入設備裂解,改變目前先把輪胎切割破碎后再裂解所花費的大量時間和能源消耗及設備造價高的問題。另外,油品的進一步提高和炭黑的高值化應用,將是今后的科研關注點”。

  節能增效

  汪傳生說,混煉是自己的老本行。2001年憑借“同步轉子密煉機技術”研究成果,他首次獲得國家科技進步獎二等獎。

  橡膠與塑料雖同屬于高分子材料,但前者與后者不同,不加任何早配合劑的純橡膠制品用途極少,因而必須在橡膠中加補強劑、促進劑等多種原料混煉在一起,制成各種橡膠制品來滿足不同性能和用途的需求。

  橡膠制品的第一道工序就是混煉。混煉就是將橡膠、炭黑、氧化劑等各種配合劑混入生膠中制成質量均勻的混煉膠的工藝過程。混煉效果的好壞,直接影響橡膠制品的使用性能和壽命。混煉的兩個重要考核指標:一是,混煉膠的質量,能滿足制品的性能和后續加工工序的要求;二是,降低單位能耗,混煉加工中消耗了橡膠制品全部加工過程中的40%~50%能源。

  汪傳生介紹,最早的混煉設備是開煉機,效率低、質量差。后來發明了密煉機,生產效率和混煉膠質量都有大幅度提高。由于它是在開煉機的基礎上發展起來的,保留了前后轉子有速比的特征。因轉子之間存在速比,加之轉子結構特征,造成同一車膠溫差較大,膠料混煉質量不均勻,單位能耗高。

  為了達到降低能耗、提高產量和質量的優化混煉目標,汪傳生帶領團隊埋頭攻關,終于研發出了同步轉子密煉機。除了兩個轉子的速度一樣外,更重要的是轉子結構完全不同于異步轉子,提出了相位角的概念,發現了在混煉過程中拉伸變形與剪切變形同等重要,改變了已有混煉理論中只強調剪切變形重要性的傳統觀念,建立起了同步轉子密煉機混煉機理和理論。他與企業合作,開發了成套技術及裝備,實現了產業化并獲得廣泛應用。與傳統技術相比,煉膠溫度降低20℃~25℃,生產效率提高15%~20%,單位能耗降低10%~15%,顯著提高了混煉膠炭黑分散度、均勻性及物理機械性能和對混煉物料的適應性。

  從“六五”開始,青島科技大學就成立了混煉工程實驗室,該實驗室一直作為化工部密煉機轉子研究實驗基地,2012年被中石化聯合會評為“混煉工程”國內唯一的行業重點實驗室。

  汪傳生團隊積極進取,不斷創新,近年來發明了適合塊狀橡膠連續混煉機、混煉擠出一體機和串聯式連續密煉機。特別是串聯式連續密煉機是把密煉機和連續混煉有機結合在一起,通過密煉機解決了目前連續混煉機難以解決的各種物料的連續稱量難題,通過自主研發的連續混煉機實現了橡膠低溫混煉,同時解決了白炭黑硅化反應要求恒溫混煉的難題。從而降低了單位能耗,實現了優化混煉。該項目正在益陽橡膠塑料機械集團有限公司產業化,并受到了德國混煉專家的好評。

  下一步,汪傳生計劃進行智能化無人煉膠的探索研究。因為有炭黑等粉料的存在,傳統的煉膠車間太臟,如果能實現智能化無人混煉,不僅能保證煉膠質量,還能節省人力,將工人從較差的工作環境中解放出來。

  跨越鴻溝

  眾所周知,再好的成果研發,只有走向產業化才能真正實現其生產價值、應用價值和社會價值。但長期以來,實驗室與市場之間存在一個難以跨越的鴻溝。汪傳生感嘆,一方面大量優秀成果轉化不出去,另一方面市場又急需科研成果推動生產力的發展。他認為,打通從實驗室到企業“最后一公里”的關鍵點有兩個:一是與企業做好溝通,了解企業的技術需求,有針對性地幫助企業實現技術升級,研發企業急需的技術成果;二是努力使自己的研究成果產業化,給企業帶來實際經濟效益和社會效益。

  到市場中“找金子”是科研成果得以成功轉化的重要因素。企業提供研究經費,我們為企業指導并解決實際生產和技術問題,雙方互惠互利,實現“市場-科研-開發-產業-市場”的良性循環,這是產學研一體化實現新技術推廣的可行路徑。

  功夫不負有心人,在2014年山東省自主創新及成果轉化專項立項項目中,青島科技大學成功獲批兩個項目,這是該校首次在該專項成果轉化類上實現立項,其中,汪傳生申報的“短纖維增強復合胎面輪胎翻新關鍵技術及裝備”項目獲批立項經費100萬元。

  從上世紀70年代末一腳踏進橡膠機械專業到現在,汪傳生與橡膠行業已經打了30多年交道。可以說,他和同事的努力,使我國橡膠加工及循環利用技術邁入世界先進行列,被中國輪胎翻修與循環利用協會授予“杰出貢獻專家”榮譽稱號。2015年9月,在中國橡膠工業的發源地廣州舉行“百年夢想 百年創業--中國橡膠工業百年紀念”活動中,汪傳生獲得“橡膠工業優秀科技工作者”稱號,這也是我國橡膠行業對他的一種肯定。

  汪傳生先后獲得國家科技進步獎二等獎2項、省部級一等獎5項,授權發明專利22項,發表論文200多篇。已培養博士16名、碩士90余名,指導博士后9名。先后獲得新世紀“百千萬人才工程”國家級人選、全國優秀教師、山東省勞動模范、泰山學者特聘專家、全國化工優秀科技工作者等稱號。

  《中國科學報》 (2016-05-13 第2版 人物  記者 唐鳳 仇夢斐)



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