日前，由中國石油石油化工研究院和同濟大學、大連理工大學合作開發(fā)的官能化溶聚丁苯橡膠SSBR72612F在獨山子石化公司完成工業(yè)試驗，并通過了石油與化學工業(yè)聯(lián)合會組織的專家72小時現(xiàn)場考核。擁有自主知識產(chǎn)權的國產(chǎn)高端新型輪胎胎面膠的面世，打破了歐美國家的技術壟斷，將助力國產(chǎn)輪胎用膠實現(xiàn)技術上的“彎道超車”。
合成橡膠是一個資本和技術密集型產(chǎn)業(yè)，經(jīng)過60多年的不懈奮斗，目前我國成為世界合成橡膠第一大生產(chǎn)和消費地，而我國50%以上的合成橡膠主要用于制造輪胎。隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)高速增長，2004年我國輪胎總產(chǎn)量就已經(jīng)超越美國躍升至世界第一。時至今日，我國輪胎企業(yè)的銷售額占全球輪胎行業(yè)銷售額比例由2005年的7.37%飆升至2020年的18.15%。2020年國內合成橡膠產(chǎn)值7656.09億元，輪胎產(chǎn)值1844億元，生產(chǎn)輪胎5.7億條。據(jù)海關總署發(fā)布的數(shù)據(jù)，2020年我國出口輪胎47684萬條，出口金額為965.2129億元。
作為現(xiàn)代工業(yè)的標志性產(chǎn)業(yè)，汽車工業(yè)有著超長的產(chǎn)業(yè)鏈，是國民經(jīng)濟的支柱性產(chǎn)業(yè)。根據(jù)國際汽車制造商協(xié)會(OICA)的統(tǒng)計， 2020全球汽車產(chǎn)銷量下降了13.77%，但我國汽車產(chǎn)銷量均超過2500萬輛，同時在全球的市場份額上漲到32%。據(jù)國家相關部門的數(shù)據(jù)顯示，今年一季度我國新注冊登記機動車966萬輛，出口汽車(含底盤)共計達43萬輛，已經(jīng)成為中國出口的“新秀”。
目前，中國擁有高效穩(wěn)定的社會秩序、完整的輪胎產(chǎn)業(yè)鏈和廣闊開放的消費市場。但受歐美國家合成橡膠高端技術壟斷的影響，我國的輪胎產(chǎn)品主要集中在中低端，與國外高性能輪胎相比差2～3個等級。國外相同類型的乘用車輪胎比國產(chǎn)輪胎售價高200元/條左右。造成這一被動局面的主要原因是生產(chǎn)高端輪胎所需要的合成橡膠材料國內不能生產(chǎn)，且研發(fā)難度極高。而進口原料價格昂貴，使生產(chǎn)出的輪胎產(chǎn)品缺乏市場競爭力。
2017年，中國石油牽頭組織了由高校、科研院所、橡膠生產(chǎn)企業(yè)、輪胎加工企業(yè)組成的項目團隊，成功競聘國家重點研發(fā)計劃項目“高性能合成橡膠產(chǎn)業(yè)化關鍵技術”。幾年來，項目團隊圍繞產(chǎn)業(yè)鏈部署創(chuàng)新鏈、圍繞創(chuàng)新鏈布局產(chǎn)業(yè)鏈，瞄準關鍵核心技術，努力提升產(chǎn)業(yè)鏈和供應鏈水平并維護其安全。同時立足國內，優(yōu)化和穩(wěn)定產(chǎn)業(yè)鏈及供應鏈，增強自主可控能力。統(tǒng)籌推進補齊短板和鍛造長板，努力在關鍵領域實現(xiàn)自主可控，共同推進我國高端制造業(yè)的高質量發(fā)展。
開發(fā)官能化溶聚丁苯橡膠是“高性能合成橡膠產(chǎn)業(yè)化關鍵技術”項目的子課題之一。官能化溶聚丁苯橡膠主要用于制備綠色高性能輪胎(雙B級及以上級別)的胎面。以轎車輪胎為例，一條輪胎所用的溶聚丁苯橡膠只有1 kg左右，但由于胎面膠直接接觸地面且輪胎觸地面積僅成年人一只手掌大小，而所有與路面相關的性能均在此狹小范圍內體現(xiàn)，因此胎面用膠的性能對輪胎性能影響極大。目前雙B級及以上級別輪胎胎面膠均需官能化溶聚丁苯橡膠制備，但國內尚無此類產(chǎn)品。而國內對高端胎面膠需求量超過2萬噸/年，全部依賴進口，導致其價格居高不下。
中國石油石油化工研究院、獨山子石化公司、同濟大學、大連理工大學技術人員組成的團隊歷時4年技術攻關，解決了官能化試劑的設計開發(fā)、官能化試劑的純化、官能團種類及結構與輪胎“魔三角”性能(滾動阻力、抗?jié)窕澳湍バ阅?構效關聯(lián)規(guī)律等技術難題，突破了官能化試劑制備的工程化放大、聚合工藝的穩(wěn)定控制等關鍵技術，成功實現(xiàn)了官能化溶聚丁苯橡膠SSBR72612F的工業(yè)化。
根據(jù)填料增強橡膠界面作用的機理，科研人員在通用溶聚丁苯橡膠分子鏈上引入官能化極性基團，實現(xiàn)高的官能化效率并精確控制官能團在分子鏈的位置，有效改善了填料在橡膠中的分散性，抑制了聚合物鏈端的無序運動生熱，最終達到降低胎面膠滾動阻力、提高抗?jié)窕阅艿哪康摹?/p>
本次工業(yè)試驗成功試產(chǎn)了門尼黏度60左右，苯乙烯含量23.5%，乙烯基含量61%的官能化溶聚丁苯橡膠產(chǎn)品100噸。產(chǎn)品的主要性能指標均達到國際同類產(chǎn)品水平，打破了國外對官能化溶聚丁苯橡膠的技術壟斷，實現(xiàn)了在3.5萬噸/年工業(yè)裝置上的生產(chǎn)示范。
測試表明，采用官能化溶聚丁苯制備的雙B級輪胎相比D、E級輪胎，滾動阻力降低10%以上。統(tǒng)計顯示，滾動阻力每降低10%，汽車油耗減少0.15L/100km，這對于機動車降低油耗、節(jié)能減排有著非常重要的意義。據(jù)公安部發(fā)布消息，截至2021年3月，全國機動車保有量達3.78億輛，其中汽車2.87億輛。目前，我國每年用于機動車燃料的燃油占石油用量的一半以上，高性能輪胎的全面應用將大幅減少我國化石能源用量，助力“碳達峰”目標的完成。除節(jié)能減排的意義外，B級輪胎的抗?jié)窕阅茌^D、E級輪胎提高15%以上，剎車距離可縮短15%以上，可大幅度地減少交通事故的發(fā)生。
高性能合成橡膠輪胎用胎面材料的研發(fā)及推廣應用，表明我國已經(jīng)掌握了合成橡膠最高端合成技術，實現(xiàn)了將一流技術轉化為一流產(chǎn)品的目標，填補了國內外同類產(chǎn)品空白，彌補了制約國產(chǎn)輪胎產(chǎn)業(yè)升級急需的基礎材料短板，對我國橡膠工業(yè)從大國走向強國、輪胎產(chǎn)品從中低端邁向高端提供堅實的材料基礎，為國家和企業(yè)應對后疫情時代、全球化逆流、單邊主義和貿(mào)易保護主義挑戰(zhàn)提供了全新的解決方案，不僅可助力我國節(jié)能減排與碳中和、碳達峰戰(zhàn)略目標的實現(xiàn)，具有極大的社會效益和經(jīng)濟價值，推動我國相關產(chǎn)業(yè)的新型工業(yè)化，還將滿足國內輪胎企業(yè)的急需，實現(xiàn)進口替代。
