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山東故事|汪傳生:橡膠工業科技前沿的踐行者

發布時間:2019-10-23???來源:聯合日報??? 作者:張永莉???瀏覽次數:

作為國內設立橡膠專業較早的高等院校,青島科技大學橡膠工業學科在業內大名鼎鼎,被譽為“中國橡膠工業的黃埔”。該校“王牌學科”的帶頭人,就是剛剛榮獲齊魯最美科技工作者的工程學部主任、二級教授汪傳生。

汪傳生一直從事高分子材料成型加工技術和設備的科學研究,深耕橡膠加工工程基礎理論和應用研究、教學以及產業化開發,37年如一日,先后研發出同步轉子混煉、密煉機功率曲線控制、塊狀橡膠連續混煉及混煉擠出一體化等關鍵技術,實現了成套技術和裝備產業化,建立了國內唯一一個混煉工程行業重點實驗室,推動了我國橡膠混煉技術和裝備水平整體提升。

聚焦混煉技術提升橡膠制品質量性能

橡膠與鋼鐵、石油、煤炭號稱四大工業原料,用途極為廣泛,消耗量很大。“橡膠包括天然橡膠和合成橡膠。目前全世界需求量年約3000萬噸。”汪傳生說,我國天然橡膠產量不到世界的10%,而需求量則達到30%以上。

做為第一道工序,混煉效果的好壞直接影響橡膠制品的使用性能和壽命。“混煉是我的老本行。純橡膠制品用途極少,必須在橡膠中加補強劑、促進劑等多種原料,將它們混煉在一起制成混煉膠,然后根據不同性能和用途的需求加工成各種橡膠制品。”汪傳生說,最早的混煉設備是開放式煉膠機,結構比較簡單,效率低,混煉膠質量差。后來發明了密閉式煉膠機,雖然生產效率和混煉膠質量都有大幅度提高,但由于是在開煉機的基礎上發展起來的,主要依靠對膠料不恒定的強剪切和雙轉子間的膠料大循環實現塑煉、混煉,前后轉子之間存在速比,同一車膠會有溫差較大、膠料混煉質量不均勻、單位能耗高等缺點。

煉膠是把炭黑等補強劑和填料混入到橡膠中制成混煉膠,工作條件艱苦,環境惡劣,研究人員相對較少。自大學畢業起,汪傳生一直從事橡膠混煉裝備和工藝技術研究,在帶領團隊研究及實踐中,歷盡艱辛,數次實驗,發現混煉過程中膠料拉伸變形等效于剪切變形、轉子突棱間初始相位關系與同步轉子混煉效果的變化規律,提出了相位角的概念,改變了傳統混煉方法,構建起強化混煉技術體系,開發了同步轉子混煉工藝和密煉機功率曲線控制排膠技術,研發出同步轉子密煉機,推動橡膠混煉技術和裝備水平整體提升。顯著提升了橡膠制品質量性能特別是混煉膠的均勻性和穩定性,生產效率提高15—20%,單位能耗降低10—15%,2001年獲國家科技進步二等獎,是我國橡膠混煉領域獲得的最高科技獎項。

念念不忘,必有回響。汪傳生對混煉的堅守與不斷創新迎來豐收:他提出的混煉擠出一體化加工新思路,將混煉與擠出成型有機結合,解決了混煉室端面排膠及動密封、轉子及Y型雙螺桿結構等關鍵技術難題,與傳統技術相比,生產效率提高25—35%,單位能耗降低15—25%,2010年獲山東省青島市技術發明一等獎;發明的塊狀橡膠雙轉子連續混煉方法及其工藝和裝備成套技術,解決了間歇式混煉高溫和高能耗的問題;發明的適合低溫或白炭黑混煉的串聯式連續混煉方法及其工藝和裝備成套技術,解決了連續混煉過程中物料混合分散及精確配比技術難題,使橡膠混煉更加高效、低耗,開創了塊狀橡膠混煉新模式,2016年獲山東省技術發明二等獎。

“就像做豆腐要加鹵水、石膏一樣,天然橡膠制備要加酸,在橡膠生產上為防止鮮膠乳揮發酸值升高,保持加工前不腐敗凝固,以及加工的穩定性,通常的做法是收集后加入氨保鮮。”由于氨具有濃烈的刺鼻氣味,有腐蝕性,危害職工身體健康,污染環境,且會增大后期膠乳凝固用酸量,增加生產成本。因此,汪傳生正帶領團隊潛心攻關,把方向聚焦到新型環保綠色橡膠生產體系研究上。

工業連續化低溫裂解把“黑白污染”變成綠色資源

隨著我國經濟社會快速發展,公路客貨運輸業及家用汽車保有量急劇攀升,隨之而來的是廢舊輪胎數量大幅增長。2018年,我國廢舊輪胎產生量超過3億條,廢橡膠接近1400萬噸,居全球首位。同時,我國也是世界最大的塑料制品生產和消費市場之一,塑料袋、塑料包裝、一次性聚丙烯快餐盒以及電器充填發泡填塞物、塑料飲料瓶等使用后成為固體廢棄物,難于降解處理,污染生態環境。如何有效解決廢舊輪胎和廢塑料對環境造成的嚴重污染,緩解和改善環境污染壓力?成為各國面臨的亟待突破的共同課題。

“廢輪胎等橡膠制品產生的‘黑色污染’,生活垃圾中的廢塑料及一次性塑料制品形成的‘白色污染’,對我國生態環境造成了嚴重破壞,治理‘黑白污染’刻不容緩。”2004年開始,汪傳生率團隊帶著強烈的使命感,不顧臟臭,前瞻性地開始了廢橡膠、廢塑料和生活垃圾等固體廢棄物循環和資源化利用技術研究。

“熱裂解能將廢橡膠、廢塑料還原為炭黑、燃料油等化工產品,可以將它們無害化和資源化處理,實現最有效的能源回收,是目前最理想的‘黑白污染’資源化處理方法。”汪傳生說,裂解過程是在缺氧或無氧的情況下,有機大分子化合物受熱分解成小分子的過程。橡膠是熱的不良導體,如何實現廢橡膠的均勻傳熱是實現高效裂解的關鍵因素,“我們將橡膠混煉、擠出理論中的強化混煉、均化混合與傳熱技術應用于廢橡膠、廢塑料低溫連續化裂解,提出膠粘狀固體物料低速內循環強化傳熱及微正壓低溫裂解方法。”他和團隊與濟南友邦恒譽科技開發有限公司合作,研發出混合物料免分揀及免清洗、氯硫化合物在線脫除、防結焦熱分散、動態密封及有毒有害物質凈化等關鍵技術及成套裝備,并取得CE認證、TUV認證及歐盟環保準入證,開創了國內大型成套環保技術裝備銷售到歐盟的先例。該技術裝備已實現產業化,銷售到德國、美國、波蘭、愛沙尼亞、澳大利亞、巴西等十多個國家和地區,在歐美建立了多個政府示范工程。

不忘初心,方得始終。成功從來得之不易,無數次實驗,數不清的數據調整,“工業連續化廢橡膠廢塑料低溫裂解資源化利用成套技術和裝備”攻克了膠粘狀固體物料混合、分散、傳熱、動態密封等技術瓶頸,構建了廢橡塑制品高效裂解工藝技術體系,研發成套工業連續化裂解技術裝備,實現廢棄資源產業化利用,并將工藝和裝備成套技術推向國際市場。2011年,汪傳生再次獲得國家科技進步二等獎,作為主要完成人,制定了“廢橡膠廢塑料裂解油化成套生產裝備(GB/T32662—2016)”國家標準。

“與國際先進技術相比,該技術裂解溫度低(450℃左右)、出油率高(廢塑料達60—70%、廢橡膠達45—50%)、油品質量好(4#輕燃料油質量指標)。目前團隊正在進行整胎連續裂解技術、裂解產物可控技術、裂解產物高值化利用技術(裂解產物進一步提煉為化工原料、裂解炭黑高值化利用)等方面的研究。既能夠降低廢輪胎裂解過程的能源消耗,又能提高裂解產物的經濟價值,增加廢輪胎處理企業的經濟效益,從而促使廢輪胎裂解行業良性發展。”汪傳生開心地說。

產學研一體化把論文扎實寫在大地上

科研尤其是應用型科學研究,是一個發現、探索、認知、利用,最終用成果推動社會進步的過程。作為項目帶頭人,汪傳生注重產學研一體化,始終把技術創新與產業上、中、下游對接、耦合。先后承擔了國家“七五”“八五”“十五”重大科技攻關項目、國家自然科學基金、國家支撐計劃子課題、省科技攻關項目、省自然科學基金等國家、省、部、市級及企業的科研項目50余項;授權發明專利70余項;主持和參與制定國家標準3項;發表論文300多篇,其中SCI、EI收錄70余篇,在技術創新、節約資源、循環發展等方面為行業發展作出了突出貢獻。

自上世紀90年代起,同步轉子混煉成套技術先后在大連橡塑、益陽橡機、無錫雙象、四川亞西等企業放大應用于80——620L等密煉機上,研制的密煉機國內市場占有率35%以上;被米其林、普利司通、固特異、固鉑輪胎、杭州中策、三角輪胎等國內外知名輪胎企業應用,直接經濟效益40多億元。

他提出的變壓力機頭流道設計模型及方法,使復合材料中75%以上的短纖維實現了徑向取向,提高了制品耐磨性和抗撕裂性,已在上海昊譽、青島裕盛源、青島科高、慶云華泰等公司應用于工程胎、翻新胎胎面及輸送帶覆蓋膠等生產中。與普通制品相比,提高耐磨性15%以上、抗撕裂性12%以上,2014年獲中國物流協會科技進步一等獎。

壓延機是橡膠行業寬幅膠片生產的關鍵裝備,價格昂貴,而擠出法工藝簡單、成本低,但擠出制品寬度有限。汪傳生提出了機頭流道等壓力設計模型及方法,與內蒙古富特公司合作,研制出擠出寬度2500mm膠片生產線和世界第一條高性能輸送帶覆蓋膠和芯膠一次性復合擠出壓延熱貼合生產線,已在泰國OTANI輪胎公司、德國大陸(巴基斯坦)輪胎公司、青島橡膠六廠等40余家企業推廣應用,直接經濟效益8億元。與壓延法相比,節省投資40—60%,降低能耗50%以上,國內市場占有率50%以上。單輥筒機頭擠出法獲2006年中石化聯合會科技進步一等獎(排名第二),擠出壓延法獲2016年中石化聯合會技術發明二等獎。

和青島阿爾卑斯環保設備科技有限公司合作開發的生活垃圾分布式磁化裂解技術及裝備,解決了目前大型集中垃圾處理廠難以建設的難題,已在國內河北、陜西、青島多個地方建立了日處理量30—100噸左右的小型綠色垃圾處理廠,正在積極推廣中。

嚴師出高徒創新平臺培養復合人才

3D打印技術做為一種新興的快速成型先進制造技術,近年來受到社會廣泛關注。2014年,汪傳生充分利用團隊在高分子材料及高分子材料加工機械方面的優勢,成立了青島科技大學3D打印實驗室。除滿足教學外,針對塑料及橡膠等高分子材料的特性研發了新型3D打印技術,既可將金屬和工業陶瓷3D打印成型,也可以應用到醫學領域,打印復雜結構異形件,實現個性化私人定制,目前可開設三維掃描、逆向工程及三維打印等10余項專業綜合實驗。

“創新是一個民族進步的不竭動力和源泉。大學生是祖國未來發展的主力,引導大學生不斷思考、不斷創新至關重要,建立一套行之有效的運行機制,是保證大學生創新能力培養實效性的關鍵。”汪傳生一直從事機械工程及自動化專業本科和研究生教學工作,作為專業負責人,在積極搭建各種創新平臺的同時,在教學計劃中特別設置了機械創新課程、機械創新實驗、創新與創業課程,并聘請國內外知名專家和企業負責人授課。

他擔任院長期間,學院與韓國漢陽大學、意大利都靈大學、日本福岡大學等7所國外著名大學開展合作交流,探索出培養具有國際競爭力的創新型復合人才新思路,加速了本專業優勢和辦學特色建設;與日本株式會社阿爾卑斯技研合作創建了大學生“國際機械工程師培訓中心”和“大學生創業與創新中心”,率先在國內高校實現大學生訂單式批量國際化就業。

高分子材料加工機械“十一五”至“十三五”山東省高校強化建設重點實驗室、中石化聯合會混煉工程化工行業重點實驗室、輪胎關鍵裝備和先進材料國家工程實驗室、山東省高分子材料先進制造技術重點實驗室,眾多重點實驗室落地青島科技大學,選擇汪傳生為學科帶頭人,就在于他富有創新和團隊精神,不但嚴格要求自己,還培養出一支學術態度嚴謹、科研成果豐碩的教學團隊,建設了“機械工程及自動化”國家特色專業、山東省高分子材料加工機械精品課程,帶領團隊先后獲得全國石油和化工行業優秀科研創新團隊,山東省、中石化聯合會和山東省青島市科研創新團隊獎。機械工程國家實驗教學示范中心、教育部高等學校“專業綜合改革試點”項目、“機械工程及自動化”國家級特色專業、山東省人才培養模式創新實驗區、教育部“新工科”項目等先后在青島科技大學掛牌或落地也基于此。

截至目前,汪傳生共培養碩士102名、博士18名、指導博士后11名,詮釋了一個優秀教師的核心素養,樹立了教師典范。

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