我国攻克高性能轮胎胎面胶核心技术

  日前,由中国石油石油化工研究院和同济大学、大连理工大学合作开发的官能化溶聚丁苯橡胶SSBR72612F在独山子石化公司完成工业试验,并通过了石油与化学工业联合会组织的专家72小时现场考核。拥有自主知识产权的国产高端新型轮胎胎面胶的面世,打破了欧美国家的技术垄断,将助力国产轮胎用胶实现技术上的“弯道超车”。

  合成橡胶是一个资本和技术密集型产业,经过60多年的不懈奋斗,目前我国成为世界合成橡胶第一大生产和消费地,而我国50%以上的合成橡胶主要用于制造轮胎。随着国民经济的持续高速增长,2004年我国轮胎总产量就已经超越美国跃升至世界第一。时至今日,我国轮胎企业的销售额占全球轮胎行业销售额比例由2005年的7.37%飙升至2020年的18.15%。2020年国内合成橡胶产值7656.09亿元,轮胎产值1844亿元,生产轮胎5.7亿条。据海关总署发布的数据,2020年我国出口轮胎47684万条,出口金额为965.2129亿元。

  作为现代工业的标志性产业,汽车工业有着超长的产业链,是国民经济的支柱性产业。根据国际汽车制造商协会(OICA)的统计, 2020全球汽车产销量下降了13.77%,但我国汽车产销量均超过2500万辆,同时在全球的市场份额上涨到32%。据国家相关部门的数据显示,今年一季度我国新注册登记机动车966万辆,出口汽车(含底盘)共计达43万辆,已经成为中国出口的“新秀”。

  目前,中国拥有高效稳定的社会秩序、完整的轮胎产业链和广阔开放的消费市场。但受欧美国家合成橡胶高端技术垄断的影响,我国的轮胎产品主要集中在中低端,与国外高性能轮胎相比差2-3个等级。国外相同类型的乘用车轮胎比国产轮胎售价高200元/条左右。造成这一被动局面的主要原因是生产高端轮胎所需要的合成橡胶材料国内不能生产,且研发难度极高。而进口原料价格昂贵,使生产出的轮胎产品缺乏市场竞争力。

  2017年,中国石油牵头组织了由高校、科研院所、橡胶生产企业、轮胎加工企业组成的项目团队,成功竞聘国家重点研发计划项目“高性能合成橡胶产业化关键技术”。几年来,项目团队围绕产业链部署创新链、围绕创新链布局产业链,瞄准关键核心技术,努力提升产业链和供应链水平并维护其安全。同时立足国内,优化和稳定产业链及供应链,增强自主可控能力。统筹推进补齐短板和锻造长板,努力在关键领域实现自主可控,共同推进我国高端制造业的高质量发展。 

  开发官能化溶聚丁苯橡胶是“高性能合成橡胶产业化关键技术”项目的子课题之一。官能化溶聚丁苯橡胶主要用于制备绿色高性能轮胎(双B级及以上级别)的胎面。以轿车轮胎为例,一条轮胎所用的溶聚丁苯橡胶只有1 kg左右,但由于胎面胶直接接触地面且轮胎触地面积仅成年人一只手掌大小,而所有与路面相关的性能均在此狭小范围内体现,因此胎面用胶的性能对轮胎性能影响极大。目前双B级及以上级别轮胎胎面胶均需官能化溶聚丁苯橡胶制备,但国内尚无此类产品。而国内对高端胎面胶需求量超过2万吨/年,全部依赖进口,导致其价格居高不下。

  中国石油石油化工研究院、独山子石化公司、同济大学、大连理工大学技术人员组成的团队历时4年技术攻关,解决了官能化试剂的设计开发、官能化试剂的纯化、官能团种类及结构与轮胎“魔三角”性能(滚动阻力、抗湿滑及耐磨性能)构效关联规律等技术难题,突破了官能化试剂制备的工程化放大、聚合工艺的稳定控制等关键技术,成功实现了官能化溶聚丁苯橡胶SSBR72612F的工业化。

  根据填料增强橡胶界面作用的机理,科研人员在通用溶聚丁苯橡胶分子链上引入官能化极性基团,实现高的官能化效率并精确控制官能团在分子链的位置,有效改善了填料在橡胶中的分散性,抑制了聚合物链端的无序运动生热,最终达到降低胎面胶滚动阻力、提高抗湿滑性能的目的。

   本次工业试验成功试产了门尼黏度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胶产品100吨。产品的主要性能指标均达到国际同类产品水平,打破了国外对官能化溶聚丁苯橡胶的技术垄断,实现了在3.5万吨/年工业装置上的生产示范。

  测试表明,采用官能化溶聚丁苯制备的双B级轮胎相比D、E级轮胎,滚动阻力降低10%以上。统计显示,滚动阻力每降低10%,汽车油耗减少0.15L/100km,这对于机动车降低油耗、节能减排有着非常重要的意义。据公安部发布消息,截至2021年3月,全国机动车保有量达3.78亿辆,其中汽车2.87亿辆。目前,我国每年用于机动车燃料的燃油占石油用量的一半以上,高性能轮胎的全面应用将大幅减少我国化石能源用量,助力“碳达峰”目标的完成。除节能减排的意义外,B级轮胎的抗湿滑性能较D、E级轮胎提高15%以上,刹车距离可缩短15%以上,可大幅度地减少交通事故的发生。

  高性能合成橡胶轮胎用胎面材料的研发及推广应用,表明我国已经掌握了合成橡胶最高端合成技术,实现了将一流技术转化为一流产品的目标,填补了国内外同类产品空白,弥补了制约国产轮胎产业升级急需的基础材料短板,对我国橡胶工业从大国走向强国、轮胎产品从中低端迈向高端提供坚实的材料基础,为国家和企业应对后疫情时代、全球化逆流、单边主义和贸易保护主义挑战提供了全新的解决方案,不仅可助力我国节能减排与碳中和、碳达峰战略目标的实现,具有极大的社会效益和经济价值,推动我国相关产业的新型工业化,还将满足国内轮胎企业的急需,实现进口替代。

 

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