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中国“橡胶黄埔”的“老兵”

时间:2016-05-14 14:48 来源: 阅读:

汪传生

1915年广东兄弟橡胶公司在广州成立,标志着中国橡胶工业的开端。百年后,青岛科技大学被称为“中国橡胶工业的黄埔”。作为全国设立橡胶专业最早的高等院校之一,目前已成为我国橡胶工业人才培养的摇篮,在国内外同行中享有很高的声誉。

青岛科技大学机电工程学院院长、泰山学者特聘专家汪传生教授,作为该校橡胶加工领域的学科带头人,以踏实肯干,着力进取的精神为中国“橡胶黄埔”增添浓墨重彩。

变废为宝

中国是全球第一橡胶大国,橡胶消耗量及轮胎等主要橡胶制品产量多年稳居世界榜首。橡胶制品已经渗透到工业、农业、交通运输、国防军工、航天航空航海、医疗卫生等各个领域。

中国橡胶工业近几年在快速发展的同时,问题也随之凸显。以轮胎行业为例,目前轮胎行业产能过剩,很多技术装备急需换代升级。汪传生说,我国轮胎行业产量居世界第一,但生产总值没有美国固特异一家公司的产值多。问题关键是,我国生产低附加值轮胎太多,而高附加值轮胎的生产技术少且落后。随着工业快速发展尤其是汽车的普及,轮胎等橡胶制品需求量越来越大,但随之而来的是每年产生的废旧轮胎及其橡胶制品会越来越多。据世界环境卫生组织统计,世界废旧轮胎积存量已达30亿条,并以每年约10亿条令人惊诧的数字增长。以废橡胶为代表的黑色垃圾和以废塑料为代表的白色垃圾,如何有效解决堆积如山的黑白垃圾对环境造成的严重污染,缓解和改善地球村环境污染压力,成为发达和发展中国家严重面临的、亟待突破的共同课题,也已成为目前世界性科研难题。

目前废橡胶最终的处理方法主要有掩埋、焚烧、裂解等方法。掩埋成本低、技术简单,但容易造成长期有害的二次污染。焚烧能源回收效率低,同样造成空气严重污染。美国、欧洲已严格禁止使用这两种可谓“拆了东墙补西墙”的方法处理废旧轮胎。裂解是目前最理想的最终处理方法,不仅污染小(甚至可以做到无污染),又能将废橡胶、废塑料还原为炭黑、燃料油等化工产品,实现“最有效能源回收”。正是 “工业连续化废橡胶废塑料低温裂解资源化利用技术”的科研及产业化应用的可喜成果,2011年汪传生第二次获国家科学技术进步奖二等奖。本成果完善了废旧橡塑制品循环利用的相关理论,使科研成果及时产业化,推广应用前景喜人。

当前针对废橡胶、废塑料裂解技术进行研究的国家很多,但真正能够实现工业化的极少。2004年汪传生及其科研团队开始与山东济南友邦恒誉科技开发有限公司进行该项目全方位技术合作,以理论指导实践,至今已经取得可喜的成绩。济南友邦研发制造的裂解设备及生产线,大批量出口并进驻欧洲,这是我国大型环保技术及装备首次进入欧洲市场,同时建立了若干符合欧盟环保标准的裂解示范工程。美国也已经引进了济南友邦十几条生产线。这标志着该裂解技术及成效,目前在世界范围处于实质前沿领先水平。

汪传生不想满足现状止步于此。他信心十足地表示,“下一步我们力争实现轮胎整胎进入设备裂解,改变目前先把轮胎切割破碎后再裂解所花费的大量时间和能源消耗及设备造价高的问题。另外,油品的进一步提高和炭黑的高值化应用,将是今后的科研关注点”。

节能增效

汪传生说,混炼是自己的老本行。2001年凭借“同步转子密炼机技术”研究成果,他首次获得国家科技进步奖二等奖。

橡胶与塑料虽同属于高分子材料,但前者与后者不同,不加任何早配合剂的纯橡胶制品用途极少,因而必须在橡胶中加补强剂、促进剂等多种原料混炼在一起,制成各种橡胶制品来满足不同性能和用途的需求。

橡胶制品的第一道工序就是混炼。混炼就是将橡胶、炭黑、氧化剂等各种配合剂混入生胶中制成质量均匀的混炼胶的工艺过程。混炼效果的好坏,直接影响橡胶制品的使用性能和寿命。混炼的两个重要考核指标:一是,混炼胶的质量,能满足制品的性能和后续加工工序的要求;二是,降低单位能耗,混炼加工中消耗了橡胶制品全部加工过程中的40%~50%能源。

汪传生介绍,最早的混炼设备是开炼机,效率低、质量差。后来发明了密炼机,生产效率和混炼胶质量都有大幅度提高。由于它是在开炼机的基础上发展起来的,保留了前后转子有速比的特征。因转子之间存在速比,加之转子结构特征,造成同一车胶温差较大,胶料混炼质量不均匀,单位能耗高。

为了达到降低能耗、提高产量和质量的优化混炼目标,汪传生带领团队埋头攻关,终于研发出了同步转子密炼机。除了两个转子的速度一样外,更重要的是转子结构完全不同于异步转子,提出了相位角的概念,发现了在混炼过程中拉伸变形与剪切变形同等重要,改变了已有混炼理论中只强调剪切变形重要性的传统观念,建立起了同步转子密炼机混炼机理和理论。他与企业合作,开发了成套技术及装备,实现了产业化并获得广泛应用。与传统技术相比,炼胶温度降低20℃~25℃,生产效率提高15%~20%,单位能耗降低10%~15%,显著提高了混炼胶炭黑分散度、均匀性及物理机械性能和对混炼物料的适应性。

从“六五”开始,青岛科技大学就成立了混炼工程实验室,该实验室一直作为化工部密炼机转子研究实验基地,2012年被中石化联合会评为“混炼工程”国内唯一的行业重点实验室。

汪传生团队积极进取,不断创新,近年来发明了适合块状橡胶连续混炼机、混炼挤出一体机和串联式连续密炼机。特别是串联式连续密炼机是把密炼机和连续混炼有机结合在一起,通过密炼机解决了目前连续混炼机难以解决的各种物料的连续称量难题,通过自主研发的连续混炼机实现了橡胶低温混炼,同时解决了白炭黑硅化反应要求恒温混炼的难题。从而降低了单位能耗,实现了优化混炼。该项目正在益阳橡胶塑料机械集团有限公司产业化,并受到了德国混炼专家的好评。

下一步,汪传生计划进行智能化无人炼胶的探索研究。因为有炭黑等粉料的存在,传统的炼胶车间太脏,如果能实现智能化无人混炼,不仅能保证炼胶质量,还能节省人力,将工人从较差的工作环境中解放出来。

跨越鸿沟

众所周知,再好的成果研发,只有走向产业化才能真正实现其生产价值、应用价值和社会价值。但长期以来,实验室与市场之间存在一个难以跨越的鸿沟。汪传生感叹,一方面大量优秀成果转化不出去,另一方面市场又急需科研成果推动生产力的发展。他认为,打通从实验室到企业“最后一公里”的关键点有两个:一是与企业做好沟通,了解企业的技术需求,有针对性地帮助企业实现技术升级,研发企业急需的技术成果;二是努力使自己的研究成果产业化,给企业带来实际经济效益和社会效益。

到市场中“找金子”是科研成果得以成功转化的重要因素。企业提供研究经费,我们为企业指导并解决实际生产和技术问题,双方互惠互利,实现“市场—科研—开发—产业—市场”的良性循环,这是产学研一体化实现新技术推广的可行路径。

功夫不负有心人,在2014年山东省自主创新及成果转化专项立项项目中,青岛科技大学成功获批两个项目,这是该校首次在该专项成果转化类上实现立项,其中,汪传生申报的“短纤维增强复合胎面轮胎翻新关键技术及装备”项目获批立项经费100万元。

从上世纪70年代末一脚踏进橡胶机械专业到现在,汪传生与橡胶行业已经打了30多年交道。可以说,他和同事的努力,使我国橡胶加工及循环利用技术迈入世界先进行列,被中国轮胎翻修与循环利用协会授予“杰出贡献专家”荣誉称号。2015年9月,在中国橡胶工业的发源地广州举行“百年梦想 百年创业——中国橡胶工业百年纪念”活动中,汪传生获得“橡胶工业优秀科技工作者”称号,这也是我国橡胶行业对他的一种肯定。

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