我國橡膠工業(yè)產(chǎn)值已超萬億元，連續(xù)多年位居世界**。橡膠材料及制品的高性能化、功能化和綠色化是當(dāng)前世界橡膠工業(yè)的重大主題。有一位專家，在高性能橡膠納米復(fù)合材料、綠色橡膠材料和特種功能橡膠材料等領(lǐng)域取得了重要成果，為發(fā)展我國橡膠工業(yè)作出了突出貢獻(xiàn)。他就是北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院院長——張立群。

不僅能“研”而且能“產(chǎn)”

1986年9月，張立群考上了北京化工大學(xué)高分子系，就讀橡塑工程專業(yè)。從這一年開始，張立群與橡膠結(jié)緣，并在此后的12年里，一路成長為北京化工大學(xué)教授，繼而成為教育部長江學(xué)者特聘教授、國家杰出青年基金獲得者、國家973項(xiàng)目首席專家。

橡膠材料是三大高分子材料之一，由于其獨(dú)特的高彈性和黏彈性而被廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)和國防軍工。橡膠制品易老化磨損、耐用性差，因此如何提高橡膠材料的耐用性和抗破壞性，一直是行業(yè)技術(shù)攻關(guān)的重點(diǎn)課題。

針對這些問題，張立群提出了橡膠材料納米增強(qiáng)必要性的觀點(diǎn)，并將其演化為解決橡膠低強(qiáng)度難題的重要原則，進(jìn)而提出了納米強(qiáng)化的“逾滲”機(jī)理，包括臨界粒子間距、*佳交聯(lián)密度、*佳界面作用度等概念參數(shù)，并闡明納米增強(qiáng)橡膠的本質(zhì)是大分子與納米顆粒共同構(gòu)建的物理網(wǎng)絡(luò)在外力作用下產(chǎn)生的演變耗能及分子取向強(qiáng)化。這套機(jī)理為高性能納米復(fù)合材料的設(shè)計與制備提供了理論指導(dǎo)，并為國內(nèi)外橡膠學(xué)者廣為接受。

此外，張立群在國際上還**提出了“納米彈簧”增強(qiáng)彈性體概念，自組裝超級彈性體概念等，還**建立了分子模擬研究和設(shè)計新型彈性體的方向，與同行合作制備了碳納米管橡膠復(fù)合材料抗靜電輪胎、石墨烯橡膠復(fù)合材料節(jié)能輪胎以及摩擦效應(yīng)產(chǎn)電輪胎等。這些成果居于國際**水平，國際知名輪胎企業(yè)如美國固特異、法國米其林、中化倍耐力和日本普利司通等前來進(jìn)行深度交流，并給予高度評價。

橡膠的黏度高，與納米顆粒的分散復(fù)合*為困難，混合能耗大。如何低成本、高效能地實(shí)現(xiàn)納米顆粒在橡膠中的分散與界面調(diào)控，是橡膠行業(yè)一個重大需求。針對這一問題，張立群帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)，發(fā)明了納米顆粒水分散體—橡膠乳液共混共凝制備復(fù)合材料成套技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了儲量豐富且廉價的天然黏土在橡膠中的納米剝離分散與界面調(diào)控，使橡膠與納米粒子混合分散的綜合能耗降低20%以上，使橡膠強(qiáng)度提高6～10倍，氣密性提高50%以上。

理論體系和實(shí)驗(yàn)室的成功并沒有讓張立群和他的團(tuán)隊(duì)滿足，他們的目標(biāo)是要把科研成果真正用到工業(yè)生產(chǎn)中去，得到工業(yè)化的產(chǎn)品。張立群團(tuán)隊(duì)分別與海南天然橡膠有限公司、云南天然橡膠有限公司和淄博東方化學(xué)有限公司合作，建成了黏土/天然橡膠納米復(fù)合材料生產(chǎn)線、納米二氧化硅/天然橡膠復(fù)合材料生產(chǎn)線、黏土/丁苯橡膠納米復(fù)合材料生產(chǎn)線，使橡膠產(chǎn)品在大型工程輪胎、高性能子午線輪胎、高性能輸送帶上得到應(yīng)用。

針對無乳液形態(tài)的橡膠，基于深入的理論研究，張立群帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)采用大型串聯(lián)式密煉機(jī)作為高黏體系的分散—固相界面反應(yīng)裝備，開發(fā)了高反應(yīng)效率的硅烷界面改性體系，突破了混合—反應(yīng)體系難控溫、固相反應(yīng)效率低和VOC排放高的技術(shù)瓶頸，并與合作企業(yè)共同實(shí)現(xiàn)了高量填充納米二氧化硅/溶聚丁苯橡膠復(fù)合材料的萬噸級工業(yè)化生產(chǎn)。

基于上述理論和技術(shù)成果，張立群帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)了高性能輪胎胎面和氣密層等用納米復(fù)合材料，與合作企業(yè)共同制造出高耐磨、節(jié)油、安全的輪胎。僅玲瓏輪胎就實(shí)現(xiàn)銷售收入60億元、2016年歐美出口達(dá)5.76億美元，并實(shí)現(xiàn)了中國輪胎在大眾、通用等國際品牌汽車上的原配，使我國輪胎提前達(dá)到歐盟“輪胎標(biāo)簽法”雙B級水平，進(jìn)入世界前列。近期，他們又與企業(yè)成功開發(fā)出了滾動阻力達(dá)到A級的轎車子午線輪胎和載重子午線輪胎，該級別的輪胎國際上尚未規(guī)模化投放市場。為了迎合我國大飛機(jī)發(fā)展戰(zhàn)略，張立群教授又帶領(lǐng)全國相關(guān)力量，在國家自然基金委重大項(xiàng)目的支持下，進(jìn)行相關(guān)基礎(chǔ)研究，支撐我國大飛機(jī)輪胎的自主開發(fā)。

迄今為止，張立群教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)與國內(nèi)外百余家橡膠材料與制品領(lǐng)域的企業(yè)進(jìn)行了合作，僅校企聯(lián)合獎學(xué)金就建立了近30項(xiàng)，在國內(nèi)高校名列前茅。由于張立群教授在橡膠材料科學(xué)與工程領(lǐng)域的突出貢獻(xiàn)，他獲得多項(xiàng)相關(guān)領(lǐng)域重要國際獎項(xiàng)-美國化學(xué)會橡膠分會Sparks-Thomas Award 獎，國際聚合物加工學(xué)會Morand Lambla Award獎，日本化工學(xué)會Asia Research Award獎，國際橡膠會議組織獎?wù)翴RCO Medal。

**綠色橡膠材料發(fā)展

目前，大部分橡膠材料在應(yīng)用時必須進(jìn)行交聯(lián)，這也使橡膠材料的回收再利用*為困難。作為世界**大橡膠制品生產(chǎn)國，我國的廢橡膠產(chǎn)生量也位居世界**。

TPV是一類易回收再利用的高附加值的綠色橡膠材料，但制備技術(shù)難度很高，被幾家國際大公司掌控。而很多國家在汽車零部件、建筑、電子等諸多領(lǐng)域正強(qiáng)制使用易回用的綠色橡膠材料，這也使我國橡膠產(chǎn)品的出口受到一定阻礙。

針對這一難題，張立群帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)制了分步高/低溫混合+助劑“定相”預(yù)分散—高溫動態(tài)全硫化(交聯(lián))新工藝技術(shù)，同時開發(fā)了高黏橡膠體系動態(tài)交聯(lián)反應(yīng)適用的特種硫化體系，設(shè)計定制了高混合、高剪切、高控溫能力的動態(tài)交聯(lián)反應(yīng)器，解決了橡膠相動態(tài)交聯(lián)速率與微納尺度破碎速率的匹配難題，成功實(shí)現(xiàn)了低比例塑料相作為連續(xù)相、高比例橡膠相作為微納級分散相且高度交聯(lián)的理想微觀結(jié)構(gòu)。與山東道恩集團(tuán)聯(lián)手，建立了我國**家高性能萬噸級TPV生產(chǎn)企業(yè)，可生產(chǎn)三元乙丙橡膠、丁腈橡膠、丁基橡膠等系列TPV產(chǎn)品。這一自主技術(shù)的開發(fā)也使國產(chǎn)TPV在國內(nèi)市場占有率達(dá)到近30%，國外產(chǎn)品因此降價50%以上，且國產(chǎn)密封用高流動品級TPV成為國際上性能*好的產(chǎn)品，醫(yī)用密封TPV成為國內(nèi)**、國際第二個開發(fā)成功的產(chǎn)品。合作企業(yè)在A板成功上市。

“一般傳統(tǒng)的橡膠在回收再利用時，需要將交聯(lián)鍵打斷，才可以重新再加工。但傳統(tǒng)技術(shù)VOC排放很高，污染大，質(zhì)量不穩(wěn)定，已經(jīng)被多部委聯(lián)合發(fā)文逐步取締。”張立群介紹，目前北化團(tuán)隊(duì)已研發(fā)出新一代的多階螺桿連續(xù)動態(tài)脫硫技術(shù)，具有自動化連續(xù)化程度高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定和VOC排放很低的特點(diǎn)，已被多部委列為綠色先進(jìn)技術(shù)推廣目錄。目前，該技術(shù)在全國6家企業(yè)推廣運(yùn)用，也已出口到斯洛伐克。未來，這套技術(shù)將為我國每年400多萬噸再生橡膠的綠色化、連續(xù)化、智能化生產(chǎn)提供解決方案。

此外，張立群教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在國際上原創(chuàng)了生物基聚酯合成橡膠和衣康酸酯合成橡膠，目前正在進(jìn)行千噸級工程化和應(yīng)用開發(fā)，并**成立了中國蒲公英橡膠產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟，大力推進(jìn)我國蒲公英橡膠技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。這些研究均受到國家“十三五”重點(diǎn)研發(fā)計劃的支持。

創(chuàng)新發(fā)展國防特種橡膠材料

軍備水平的高低直接決定了我國國民的生活安穩(wěn)水平，軍備物品的國產(chǎn)化也是衡量一個國家國防水平的重要標(biāo)志。

除了在民用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了一系列新產(chǎn)品的開發(fā)和工業(yè)化生產(chǎn)外，張立群同樣在國防橡膠材料領(lǐng)域也嘔心瀝血貢獻(xiàn)很多。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)發(fā)明了高效選擇性加氫催化劑，突破了加氫工藝和催化劑回收技術(shù)瓶頸，建立了我國**的軍用耐油、耐老化氫化丁腈橡膠生產(chǎn)平臺，首次實(shí)現(xiàn)了該特種橡膠的自主保障供應(yīng)。這種材料被應(yīng)用于大運(yùn)飛機(jī)首飛和后續(xù)裝機(jī)、水陸兩棲AG600飛機(jī)、直8系列飛機(jī)，使飛機(jī)上的特種膠管壽命大大延長，有效提高了各類戰(zhàn)機(jī)的技術(shù)水平，降低了維護(hù)成本。

復(fù)雜重載荷下關(guān)鍵橡膠制件壽命短，一直困擾著重要武器裝備的研發(fā)和使用。張立群帶領(lǐng)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，合成了具有超高抗切割、抗磨蝕以及低滾動阻力性能的新一代特種工程橡膠材料，創(chuàng)下了坦克負(fù)重輪膠胎臺架壽命的歷史*好水平，并已經(jīng)裝車試用;合作團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了某直升機(jī)球面彈性軸承用低滯后高抗破壞橡膠材料，性能超過國外同類產(chǎn)品，提高了直升機(jī)綜合臺架壽命。

針對潛艇在南北“兩*”服役的戰(zhàn)技性能新要求，張立群和團(tuán)隊(duì)還創(chuàng)制了氫鍵網(wǎng)絡(luò)型橡膠材料，大幅度提高了相關(guān)性能，已經(jīng)可以批量生產(chǎn)。