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实现中国合成天然橡胶梦

来源:吉林日报 浏览次数: 日期:2013年6月21日 17:27

应用中科院长春应化所自主创新的成套生产技术,由山东神驰石化有限公司生产的稀土异戊橡胶日前在轮胎应用方面取得重大突破。稀土异戊橡胶工业化产品首次以50%替代天然橡胶成功应用于全钢载重子午线轮胎,标志着我国异戊橡胶产品的应用研发能力已达到世界一流水平,使中国创造和几代科技工作者的稀土异戊橡胶梦变成现实。

天然橡胶是关乎国家安全和经济发展的重要战略物资。我国天然橡胶资源匮乏,随着汽车和轮胎工业的发展,自给率越来越低,目前不足四分之一,年进口量近300万吨。天然橡胶过度依赖进口已成为国家安全和经济发展的不安定因素。因此,解决天然橡胶的替代问题,实现国家战略资源的自给是实现国家长治久安的根本途径。

发挥基础优势抢占发展高地

中科院长春应化所是国内最早开展合成橡胶研发的单位。上世纪60-80年代,中科院长春应化所主导了过渡金属配位聚合催化剂,并与国内相关科研院所和企业合力攻关,开拓出具有我国自主知识产权的镍系顺丁橡胶工业化成套生产技术,实现了镍系顺丁橡胶的大规模产业化,不仅奠定了我国溶液聚合技术、工程和人才基础,也奠定了我国配位催化聚合领域的理论和实践基础,荣获国家科技进步特等奖;在世界首次公开发表《稀土催化合成橡胶文献》和《络合催化聚合合成橡胶》两部专论,为我国将稀土催化体系应用于合成橡胶工业夯实了重要的理论和技术基础。

进入新世纪,随着我国高速公路和汽车工业的快速发展,对高性能轮胎的需求越来越大,中科院长春应化所以其对合成橡胶诸多胶种性能、作用、发展态势的准确把握和高度的使命责任感,及时将研究工作的重点聚焦到加速开发具有我国自主知识产权,低成本、大规模、高性能、绿色环保稀土异戊橡胶这一国家的重大战略需求上,并将创新发展的目标定位为:力争用5年左右时间开拓出10万吨/年成套生产工艺技术,形成20万吨/年以上的生产能力,能耗、物耗和产品质量达到国际领先水平;用10年左右时间基本改变我国天然橡胶依赖进口的格局,初步实现合成天然橡胶资源的自给。

抓住关键核心推进重大突破

异戊橡胶具有与天然橡胶相似的分子结构,其中,以稀土催化剂配位催化合成的稀土异戊橡胶与天然橡胶结构和综合性能最为接近,被称之为“合成天然橡胶”,是替代天然橡胶最理想的大品种合成橡胶,也是我国大品种通用橡胶唯一未实现大规模产业化的胶种。俄罗斯在世界上率先实现了稀土异戊橡胶规模产业化,并以20%替代天然橡胶进入我国市场。我国稀土异戊橡胶产业化已经起步,但产品质量、能耗、物耗与国外尚有差距。

基于多年的科研积累和基础,中科院长春应化所敏锐地认识到,制约稀土异戊橡胶规模产业化的瓶颈主要有三:稀土催化剂活性较低,催化剂成本较高,致使生产成本缺乏竞争优势;缺乏根据稀土催化剂和稀土异戊橡胶特点对聚合、凝聚和后处理工艺进行系统有针对性的研究,照搬镍系顺丁橡胶生产工艺,致使生产过程能耗、物耗偏高;缺乏对产品的微观结构、分子量及其分布的有效控制手段,致使产品性能与天然橡胶相比差距较大。

从这样的认识分析出发,中科院长春应化所把创新新一代催化剂聚合体系作为解决三大瓶颈的重中之重和推进稀土异戊橡胶产业化进程的关键突破口,在深入研究稀土催化剂和稀土异戊橡胶结构和性能特点的基础上,通过改变催化剂的组成和配制方式,攻克了稀土催化活性低、稀土元素利用率低、催化体系的非均相和多活性中心等关键科学问题,在稀土催化剂创新这一关系规模产业化全局的核心技术上取得重大突破:成功开发出高活性、高顺式定向性、分子量及其分布可控的稀土催化体系,超过目前国际最高水平,大幅降低了催化剂成本,为加速我国稀土异戊橡胶的规模产业化奠定了重要基础。

开发成套技术创新万吨装置

科学研究的价值在于致力重大成果产出,贡献国家人民。为加速稀土异戊橡胶的规模产业化,一方面注重引进工程技术人才,增强技术创新能力,成立高性能合成橡胶工程技术中心,提升平台持续支撑能力,加强工艺流程的研发能力;另一方面,立足基础研究,强化工程技术研究,坚持关键技术与技术集成并重,形成了原始性创新-核心技术-技术集成-成套生产技术研究开发的良性循环。

经过一年多的艰苦拼搏,通过对稀土催化剂和稀土异戊橡胶聚合特点和胶液特性的系统研究,通过与工程设计部门的积极合作,开拓出先进的绝热聚合技术、独特的聚合釜和凝聚釜设计、胶液减黏技术、节能凝聚增压喷射技术、新型尾气回收技术等,形成了以催化剂技术、聚合技术、凝聚和后处理技术、加工技术等为核心的关键技术,以先进反应器技术,节能、环保工程技术和自动控制技术等为核心的集成技术,设计完成了全新的工艺工程,形成了具有我国特色的稀土异戊橡胶成套生产工艺包。应用该技术,山东神驰石化有限公司于2012年9月建成了3万吨/年稀土异戊橡胶生产装置,并一次投料开车成功,开创了我国万吨级异戊橡胶生产装置建设周期最短、一次开车一次成功的先河。

该稀土异戊橡胶生产装置具有成套生产技术自主研发,世界上稀土异戊橡胶单线产能最大,能耗物耗最低,节能环保先进等特点,产品质量等关键指标超过国外同类产品水平。在我国合成橡胶新胶种、新技术、新牌号的研发等方面具有重要的引领和示范作用。

加强应用研究实现中国创造

中科院长春应化所通过提高稀土催化异戊橡胶分子微观结构的可控性结合流变行为研究和轮胎应用研究等技术创新,使稀土异戊橡胶产品的分子结构和硫化加工性能更接近于天然橡胶。

中国橡胶工业协会检测中心评价结果显示:该稀土异戊橡胶产品硫化速率与天然橡胶同步,解决了国内外异戊橡胶硫化速率较天然橡胶滞后,天然橡胶的替代率难以提高的问题,替代率由20%提高至50%;其基本性能超过国外同类产品(俄罗斯稀土异戊橡胶SKI-5)水平,是国内外应用性能最接近天然橡胶的异戊橡胶。

目前,在不改变轮胎生产配方和工艺的条件下,已经采用稀土异戊橡胶产品替代50份天然橡胶应用于全钢载重子午线轮胎实际生产中。国家橡胶轮胎质量监督检测中心评价结果显示:以50份稀土异戊橡胶替代天然橡胶对混炼胶的门尼黏度、门尼松弛、硫化速度、焦烧安全性和应力应变性能无不良影响;胎面的抗撕裂性能、耐刺扎性能和回弹性能略有提高,疲劳生热略有降低;轮胎的耐老化性能提高明显;生产过程中胶料流动性好,模腔充盈,轮胎花纹清晰,表面无瑕疵缺陷;轮胎各项指标均符合轮胎企业实际生产要求和国家各项轮胎标准。

本次轮胎试制的成功创造了国内并用异戊橡胶比例最多、工艺性能最好、成果转化最快的成功范例。异戊橡胶50%替代天然橡胶的轮胎试制成功,大大开阔了稀土异戊橡胶的市场空间,对于加快我国稀土异戊橡胶生产技术水平和产能的提高,解决我国天然橡胶资源短缺,增加我国战略资源的自给率,提升我国在该领域的竞争力具有重要意义。

持续创新开拓做大做强产业

稀土异戊橡胶工业化装置全套技术工艺包的成功开发和3万吨/年工业化生产线的成功建成、运行,标志着我国已成为世界少数掌握大品种、高性能合成橡胶工业化核心成套技术的国家,是集基础研究、工程放大、成套技术研发于一体的成功范例。

为在更大规模、更高层次上实现我国稀土异戊橡胶的工业化,中科院长春应化所注重发挥技术源头优势,着力协同创新,一方面,巩固基础优势和技术创新,着力10万吨/年稀土异戊橡胶成套生产工艺技术的创新突破,加速形成实现20万吨/年以上的生产能力,并向更大规模、更高产能拓展;另一方面,聚焦进一步降低生产成本,大幅提升国际核心竞争力的目标,加速稀土异戊橡胶单体规模产业化关键技术的突破和成套核心技术的形成,实现我国从合成橡胶大国走向合成橡胶强国的梦想。

 

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