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如果把汽車的輪胎（外胎）切開(kāi)，可以清楚看到外胎從外到內(nèi)由胎面、胎體、帶束層、氣密層等組成。其中，胎面大量使用了溶聚丁苯橡膠，以提高汽車運(yùn)行時(shí)的抗?jié)窕?、增?qiáng)快速剎車能力。多年來(lái)，溶聚丁苯橡膠幾乎被國(guó)外企業(yè)壟斷。中國(guó)石化與中國(guó)科學(xué)院青島能源所、多家國(guó)內(nèi)輪胎科技領(lǐng)軍企業(yè)合作研發(fā)生產(chǎn)的鐵系梳枝丁戊橡膠，可完全替代進(jìn)口溶聚丁苯橡膠，且抗?jié)窕愿鼜?qiáng)，價(jià)格成本更具優(yōu)勢(shì)。截至6月底，湖南石化已完成制造10萬(wàn)余條鐵系梳枝丁戊橡膠高性能輪胎，全部通過(guò)品控測(cè)試。本版推出專題，帶您了解高性能輪胎的新材料——鐵系梳枝丁戊橡膠。
本版文圖由 彭 展 何 潔 陳移姣 湯 茜 田 蕾 陳夫亮 李小明 王 亮 提供
產(chǎn)品名片
什么是鐵系梳枝丁戊橡膠？
鐵系梳枝丁戊橡膠是以共軛烯烴（丁二烯和異戊二烯）為單體，環(huán)己烷和碳六油為溶劑，鐵絡(luò)合物為主催化劑，烷基鋁和硼鹽為助催化劑，通過(guò)配位選擇性催化聚合制備的一種“樹(shù)枝狀”微觀結(jié)構(gòu)橡膠新材料，特殊的結(jié)構(gòu)賦予其高強(qiáng)度、高抗?jié)窕院透咦枘嵝缘葍?yōu)良特性。
為什么要研發(fā)生產(chǎn)鐵系梳枝丁戊橡膠？
我國(guó)是全球最大的橡膠需求國(guó)，年需求量高達(dá)1200萬(wàn)噸，約占全球橡膠總消費(fèi)量的30%，大部分用于輪胎制造行業(yè)。我國(guó)的輪胎產(chǎn)能約占全球輪胎總產(chǎn)能的50%以上，是全球最大的輪胎生產(chǎn)國(guó)。歐盟輪胎標(biāo)簽法根據(jù)燃油效率和濕地抓地力性能參數(shù)，將輪胎分為A~E級(jí)，而國(guó)產(chǎn)輪胎多集中在C級(jí)及以下，關(guān)鍵制約因素是高性能胎面膠。輪胎胎面大量使用的高性能溶聚丁苯橡膠主要依賴進(jìn)口，亟須開(kāi)發(fā)高性能輪胎橡膠新材料。
“雙碳”戰(zhàn)略下新能源汽車崛起，對(duì)輪胎抗?jié)窕?、滾動(dòng)阻力、耐磨性間的“魔鬼三角”平衡提出了更高要求。利用鐵系梳枝丁戊橡膠生產(chǎn)的高性能輪胎新商品，具有安全抗滑、綠色節(jié)油、經(jīng)久耐用的綜合優(yōu)勢(shì)。燃油車輪胎的滾動(dòng)阻力每降低5%就能節(jié)約油耗約1%，電動(dòng)車輪胎的滾動(dòng)阻力每降低25%，續(xù)航里程可增加6%。
鐵系梳枝丁戊橡膠主要應(yīng)用在哪些領(lǐng)域？
鐵系梳枝丁戊橡膠具有良好的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能、抗?jié)窕阅芎蜏p振性能，在輪胎、減振材料等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用前景。
高性能輪胎領(lǐng)域
鐵系梳枝丁戊橡膠輪胎制造應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)，對(duì)標(biāo)“卡脖子”的高性能溶聚丁苯橡膠，發(fā)展與其匹配的胎面復(fù)合配方，可用于高抗?jié)窕阅茌喬サ募庸ぶ圃?。研究表明：在現(xiàn)有輪胎配方中加入部分鐵系梳枝丁戊橡膠替代國(guó)外高端溶聚丁苯橡膠后，輪胎的濕地抓地力指數(shù)可高達(dá)1.63，達(dá)到歐盟輪胎標(biāo)簽法A級(jí)（最高級(jí)）；在標(biāo)準(zhǔn)跑道進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試表明，剎車距離大幅縮短，安全性得到提高；輪胎的滾動(dòng)阻力下降，車輛油耗下降。今年初，湖南石化完成104.7噸鐵系梳枝丁戊橡膠的批量生產(chǎn)，標(biāo)志著該產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
軌道交通減振領(lǐng)域
鐵系梳枝丁戊橡膠高枝化結(jié)構(gòu)具有高阻尼性能，可用于生產(chǎn)高鐵等軌道車輛橡膠減振產(chǎn)品。通過(guò)性能測(cè)試的初步論證，鐵系梳枝丁戊橡膠能夠顯著提高橡膠配方的阻尼性能，可應(yīng)用于動(dòng)車組空氣彈簧、橫向止擋、車鉤緩沖器等車輛橡膠減振部件中，相較現(xiàn)有溶聚丁苯橡膠配方，其機(jī)械性能和減振性能皆有所提升，尤其是抗疲勞性能提升明顯。
特種消聲減振橡膠領(lǐng)域
鐵系梳枝丁戊橡膠具有類丁苯橡膠的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過(guò)性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)，鐵系梳枝丁戊橡膠在ESBR-1502/NR體系中完全替代ESBR（溶聚丁苯橡膠）后，減振元件在零下43攝氏度的阻尼性能和100%伸張疲勞性能顯著提高。同時(shí)，類丁苯橡膠結(jié)構(gòu)也兼具良好的抑制裂紋性能，有望實(shí)現(xiàn)鐵系梳枝丁戊橡膠替代溶聚丁苯橡膠減振材料在彈性支承上的產(chǎn)品和工藝定型，為鐵系梳枝丁戊橡膠在減振元件上的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
市場(chǎng)情況
目前，我國(guó)鐵系梳枝丁戊橡膠工業(yè)化產(chǎn)品僅在湖南石化實(shí)現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)。據(jù)研究分析，未來(lái)3~5年鐵系梳枝丁戊橡膠在輪胎領(lǐng)域、減振材料領(lǐng)域和鞋材領(lǐng)域的市場(chǎng)需求將持續(xù)增長(zhǎng)。
在輪胎領(lǐng)域，湖南石化聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所（以下簡(jiǎn)稱“青島能源所”）研發(fā)生產(chǎn)的鐵系梳枝丁戊橡膠經(jīng)輪胎測(cè)試后可替代進(jìn)口溶聚丁苯橡膠，價(jià)格成本優(yōu)勢(shì)明顯。預(yù)計(jì)未來(lái)鐵系梳枝丁戊橡膠占輪胎領(lǐng)域的市場(chǎng)份額將進(jìn)一步擴(kuò)大，年需求量將達(dá)20萬(wàn)噸。
在減振材料領(lǐng)域，我國(guó)軌道交通的橡膠減振產(chǎn)品以天然橡膠和溶聚丁苯橡膠為主體，但使用中橡膠元件的阻尼性能、抗疲勞性能、耐蠕變性能和金屬黏接性能等均會(huì)出現(xiàn)大幅下降，因此亟須開(kāi)發(fā)其替代品。鐵系梳枝丁戊橡膠具有優(yōu)異的阻尼減振性能，同時(shí)類丁苯橡膠結(jié)構(gòu)也兼具良好的抑制裂紋性能，并能延長(zhǎng)使用壽命，市場(chǎng)潛力巨大，在減振材料領(lǐng)域的年需求量將達(dá)15萬(wàn)噸。
在鞋材領(lǐng)域，運(yùn)動(dòng)鞋大底類似輪胎的胎面，主要提供抗?jié)窕院湍湍バ?。傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)鞋大底防滑用膠主要為溶聚丁苯橡膠。由于苯基側(cè)基的存在，運(yùn)動(dòng)鞋普遍存在硬度較高、舒適性差且抗?jié)窕圆蛔愕娜秉c(diǎn)。鐵系梳枝丁戊橡膠具有良好的抗?jié)窕阅埽錈o(wú)苯環(huán)結(jié)構(gòu)也會(huì)使運(yùn)動(dòng)鞋的舒適性優(yōu)于溶聚丁苯橡膠，在鞋材領(lǐng)域的年需求量將達(dá)5萬(wàn)噸。
綜上所述，未來(lái)，鐵系梳枝丁戊橡膠的明確對(duì)標(biāo)市場(chǎng)年需求量預(yù)估在40萬(wàn)噸左右。
企業(yè)足音
湖南石化：打通從新材料到新商品的全鏈條
湖南石化通過(guò)產(chǎn)銷研用深度融合，僅用5年時(shí)間就實(shí)現(xiàn)了鐵系梳枝丁戊橡膠從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)化，打通了從新材料到新產(chǎn)品再到新商品的全鏈條。
2017年，集團(tuán)公司高級(jí)專家、湖南石化橡膠技術(shù)帶頭人梁紅文帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)與青島能源所著手研究，發(fā)現(xiàn)了能滿足生產(chǎn)高性能輪胎要求的合成橡膠材料，設(shè)計(jì)枝化的微觀結(jié)構(gòu)賦予其更好的抗?jié)窕阅?；減少或取消苯基降低分子鏈間的內(nèi)摩擦，使?jié)L動(dòng)阻力更低。為加速成果轉(zhuǎn)化，湖南石化和青島能源所充分發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，協(xié)同攻關(guān)解決實(shí)驗(yàn)室技術(shù)與工程化技術(shù)的匹配性等問(wèn)題，于2021年形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵小試和中試成套技術(shù)。
2023年1月4日，湖南石化年產(chǎn)3萬(wàn)噸溶聚丁苯橡膠裝置生產(chǎn)線順利產(chǎn)出鐵系梳枝丁戊橡膠，實(shí)現(xiàn)了零的突破。同年3月，該公司組織研究、銷售專業(yè)團(tuán)隊(duì)走訪國(guó)內(nèi)多家輪胎頭部企業(yè)。通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，使用鐵系梳枝丁戊橡膠生產(chǎn)的輪胎產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良、性能穩(wěn)定。隨后，他們還與國(guó)內(nèi)多家輪胎頭部企業(yè)合作開(kāi)展輪胎應(yīng)用技術(shù)評(píng)價(jià)和配方研究。結(jié)果表明，在僅調(diào)整配方的前提下，鐵系梳枝丁戊橡膠可以大幅甚至全部替代進(jìn)口高性能溶聚丁苯橡膠，鐵系梳枝丁戊橡膠新材料受到國(guó)內(nèi)輪胎行業(yè)廣泛關(guān)注。
2023年12月5日，湖南石化生產(chǎn)的鐵系梳枝丁戊橡膠在青島森麒麟輪胎公司與青島能源所合作研發(fā)的鐵系梳枝丁戊橡膠高性能輪胎制造（超高性能UHP型輪胎制造）項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用。截至今年6月底，湖南石化已完成制造10萬(wàn)余條鐵系梳枝丁戊橡膠高性能輪胎，全部通過(guò)品控測(cè)試。
鐵系梳枝丁戊橡膠創(chuàng)制、合成與應(yīng)用技術(shù)于2021年獲得科技部首屆全國(guó)顛覆性技術(shù)創(chuàng)新大賽“總決賽優(yōu)秀獎(jiǎng)”；2023年7月，該項(xiàng)目通過(guò)中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織的科技成果鑒定，認(rèn)為項(xiàng)目整體技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平；入選國(guó)家發(fā)展改革委2024年《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄》和工信部2024年《重點(diǎn)新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄》。
化銷華北：開(kāi)發(fā)龍頭客戶 實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)全銷
化銷華北營(yíng)銷團(tuán)隊(duì)深入挖掘市場(chǎng)潛能、靈活調(diào)整銷售模式，不斷優(yōu)化產(chǎn)品性能，助力湖南石化生產(chǎn)的鐵系梳枝丁戊橡膠新產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)輪胎生產(chǎn)企業(yè)完成應(yīng)用，成功替代同類進(jìn)口產(chǎn)品。
該公司加大市場(chǎng)走訪和技術(shù)服務(wù)力度，瞄準(zhǔn)輪胎行業(yè)發(fā)揮產(chǎn)銷研用一體化優(yōu)勢(shì)，聯(lián)合湖南石化、青島能源所多次與輪胎行業(yè)龍頭企業(yè)進(jìn)行技術(shù)交流，大力拓展市場(chǎng)。
同時(shí)，該公司在調(diào)研中了解了國(guó)內(nèi)多家大型輪胎企業(yè)胎面膠原料的市場(chǎng)現(xiàn)狀和生產(chǎn)需求。鐵系梳枝丁戊橡膠成功工業(yè)化產(chǎn)出后，化銷華北提前鎖定重點(diǎn)目標(biāo)客戶進(jìn)行推介，并寄送實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品，及時(shí)跟蹤試驗(yàn)結(jié)果，聯(lián)合相關(guān)技術(shù)人員奔赴客戶工廠現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行生產(chǎn)應(yīng)用指導(dǎo)，收集下游客戶在生產(chǎn)應(yīng)用環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問(wèn)題并提出解決方案。
今年上半年，化銷華北累計(jì)開(kāi)發(fā)5家輪胎行業(yè)龍頭客戶，實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)全銷。多批次實(shí)驗(yàn)輪胎經(jīng)客戶試制后均通過(guò)品控測(cè)試，A級(jí)品率達(dá)100%；實(shí)車場(chǎng)地測(cè)試顯示，實(shí)驗(yàn)輪胎濕地制動(dòng)性能優(yōu)異，抗?jié)窕踩赃_(dá)歐盟輪胎標(biāo)簽法A級(jí)（最高級(jí)），大幅縮短了汽車的剎車制動(dòng)距離，提高了交通工具的安全性，綠色節(jié)油性能也顯著優(yōu)于傳統(tǒng)溶聚丁苯橡膠產(chǎn)品。
青島能源所：服務(wù)橡膠產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展
眾所周知，一條好的輪胎，其胎面的防濕滑性、耐磨性至關(guān)重要。我國(guó)是全球最大的輪胎生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，但目前用于胎面的防滑材料嚴(yán)重依賴進(jìn)口。在項(xiàng)目研發(fā)過(guò)程中，青島能源所與中國(guó)橡膠工業(yè)協(xié)會(huì)及十余家輪胎龍頭企業(yè)進(jìn)行深入交流，最終確定圍繞溶聚丁苯橡膠嚴(yán)重依賴進(jìn)口的難題進(jìn)行攻關(guān)。
青島能源所通過(guò)近百種鐵系催化劑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)合成，發(fā)展高效、高選擇性的催化聚合技術(shù)和微觀結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)調(diào)控技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，青島能源所與湖南石化協(xié)力實(shí)現(xiàn)了萬(wàn)噸級(jí)產(chǎn)業(yè)化實(shí)驗(yàn)，產(chǎn)出了安全抗滑、綠色節(jié)油的鐵系梳枝丁戊橡膠新產(chǎn)品，消除了我國(guó)高性能胎面橡膠材料的技術(shù)瓶頸。
未來(lái)，青島能源所將繼續(xù)與湖南石化緊密合作，研發(fā)系列化、高性能且能滿足多場(chǎng)景復(fù)雜工況的橡膠新產(chǎn)品，服務(wù)國(guó)家高水平科技自立自強(qiáng)和橡膠產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
專家視點(diǎn)：
鐵系梳枝丁戊橡膠市場(chǎng)前景廣闊
中國(guó)石化科技創(chuàng)新功勛獎(jiǎng)獲得者、集團(tuán)公司高級(jí)專家 梁紅文
橡膠屬于國(guó)家戰(zhàn)略物資，年需求量高達(dá)1200萬(wàn)噸。我國(guó)是世界上最大的合成橡膠消費(fèi)國(guó)，大部分用于輪胎制造行業(yè)。我國(guó)的輪胎產(chǎn)能約占全球輪胎總產(chǎn)能的一半以上，是全球最大的輪胎生產(chǎn)國(guó)。溶聚丁苯橡膠是輪胎胎面膠的理想膠料，國(guó)內(nèi)需求量大于30萬(wàn)噸/年，主要依賴進(jìn)口，成為國(guó)家的“卡脖子”材料。
鐵系梳枝丁戊橡膠研發(fā)項(xiàng)目圍繞微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能的構(gòu)效關(guān)系，通過(guò)發(fā)展高效隨機(jī)聚合和可控微觀結(jié)構(gòu)構(gòu)筑技術(shù)，創(chuàng)制結(jié)構(gòu)可控、分子量可調(diào)、無(wú)規(guī)共聚的鐵系梳枝丁戊橡膠新材料。其特殊的“微觀毛刷狀”結(jié)構(gòu)，賦予優(yōu)異的抗?jié)窕阅?、較低的滾動(dòng)阻力、白炭黑兼容性強(qiáng)等特點(diǎn)，具有優(yōu)良的耐磨性能。
目前，國(guó)際上只有日本某企業(yè)在進(jìn)行鈷系丁戊橡膠的研究，仍處于中試研究階段。我國(guó)的鐵系梳枝丁戊橡膠生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)處于國(guó)際先進(jìn)水平。我們的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)在于優(yōu)化和延伸湖南石化將要建設(shè)的乙烯產(chǎn)業(yè)鏈，突破綠色環(huán)保、可控穩(wěn)定的工業(yè)化制備技術(shù)和安全抗滑、綠色節(jié)油的高性能輪胎應(yīng)用技術(shù)。該產(chǎn)品有望作為我國(guó)自主研發(fā)的高性能合成橡膠新材料，形成“原創(chuàng)性、系統(tǒng)性、用得上、有影響”的重大成果，填補(bǔ)行業(yè)技術(shù)空白，實(shí)現(xiàn)高性能輪胎橡膠新材料的國(guó)產(chǎn)化，引領(lǐng)橡膠新材料發(fā)展方向。
目前，鐵系梳枝丁戊橡膠產(chǎn)品市場(chǎng)需求量預(yù)估在40萬(wàn)噸/年左右，供需缺口較大，市場(chǎng)前景較為樂(lè)觀，可為國(guó)內(nèi)輪胎生產(chǎn)廠家提供更優(yōu)質(zhì)的材料，不再受制于國(guó)外產(chǎn)品。目前，湖南石化可在老裝置上批量生產(chǎn)鐵系梳枝丁戊橡膠產(chǎn)品。為了更好地滿足市場(chǎng)需求，未來(lái)企業(yè)將進(jìn)行萬(wàn)噸級(jí)工業(yè)裝置的建設(shè)。
用戶反饋
“2022年3月，我們用鐵系梳枝丁戊橡膠生產(chǎn)UHP型半鋼子午胎，產(chǎn)品均通過(guò)室內(nèi)輪胎測(cè)試，綜合A級(jí)品率高達(dá)100%。經(jīng)鐵系梳枝丁戊橡膠改性的輪胎，在室外場(chǎng)地測(cè)試中操控性能明顯提升，制動(dòng)距離大幅縮短，抗?jié)窕阅苓h(yuǎn)高于原配方生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)胎；在實(shí)車耐久測(cè)試中，輪胎運(yùn)行工況良好，質(zhì)量穩(wěn)定性滿足生產(chǎn)使用標(biāo)準(zhǔn)，萬(wàn)公里磨耗量明顯下降，具有更長(zhǎng)的使用壽命，輪胎經(jīng)濟(jì)性提高。目前，我們已完成逾50條輪胎的試制和出租車輪胎4萬(wàn)公里路試。結(jié)果表明，鐵系梳枝丁戊橡膠具有明顯的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，能夠完全滿足使用需求?！?/p>
——青島森麒麟輪胎股份有限公司
（ 責(zé)任編輯：王瑩 ）
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