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山东故事|汪传生:橡胶工业科技前沿的践行者

发布时间:2019-10-23来源:联合日报 作者:张永莉浏览次数:

作为国内设立橡胶专业较早的高等院校,青岛科技大学橡胶工业学科在业内大名鼎鼎,被誉为“中国橡胶工业的黄埔”。该校“王牌学科”的带头人,就是刚刚荣获齐鲁最美科技工作者的工程学部主任、二级教授汪传生。

汪传生一直从事高分子材料成型加工技术和设备的科学研究,深耕橡胶加工工程基础理论和应用研究、教学以及产业化开发,37年如一日,先后研发出同步转子混炼、密炼机功率曲线控制、块状橡胶连续混炼及混炼挤出一体化等关键技术,实现了成套技术和装备产业化,建立了国内唯一一个混炼工程行业重点实验室,推动了我国橡胶混炼技术和装备水平整体提升。

聚焦混炼技术提升橡胶制品质量性能

橡胶与钢铁、石油、煤炭号称四大工业原料,用途极为广泛,消耗量很大。“橡胶包括天然橡胶和合成橡胶。目前全世界需求量年约3000万吨。”汪传生说,我国天然橡胶产量不到世界的10%,而需求量则达到30%以上。

做为第一道工序,混炼效果的好坏直接影响橡胶制品的使用性能和寿命。“混炼是我的老本行。纯橡胶制品用途极少,必须在橡胶中加补强剂、促进剂等多种原料,将它们混炼在一起制成混炼胶,然后根据不同性能和用途的需求加工成各种橡胶制品。”汪传生说,最早的混炼设备是开放式炼胶机,结构比较简单,效率低,混炼胶质量差。后来发明了密闭式炼胶机,虽然生产效率和混炼胶质量都有大幅度提高,但由于是在开炼机的基础上发展起来的,主要依靠对胶料不恒定的强剪切和双转子间的胶料大循环实现塑炼、混炼,前后转子之间存在速比,同一车胶会有温差较大、胶料混炼质量不均匀、单位能耗高等缺点。

炼胶是把炭黑等补强剂和填料混入到橡胶中制成混炼胶,工作条件艰苦,环境恶劣,研究人员相对较少。自大学毕业起,汪传生一直从事橡胶混炼装备和工艺技术研究,在带领团队研究及实践中,历尽艰辛,数次实验,发现混炼过程中胶料拉伸变形等效于剪切变形、转子突棱间初始相位关系与同步转子混炼效果的变化规律,提出了相位角的概念,改变了传统混炼方法,构建起强化混炼技术体系,开发了同步转子混炼工艺和密炼机功率曲线控制排胶技术,研发出同步转子密炼机,推动橡胶混炼技术和装备水平整体提升。显著提升了橡胶制品质量性能特别是混炼胶的均匀性和稳定性,生产效率提高15—20%,单位能耗降低10—15%,2001年获国家科技进步二等奖,是我国橡胶混炼领域获得的最高科技奖项。

念念不忘,必有回响。汪传生对混炼的坚守与不断创新迎来丰收:他提出的混炼挤出一体化加工新思路,将混炼与挤出成型有机结合,解决了混炼室端面排胶及动密封、转子及Y型双螺杆结构等关键技术难题,与传统技术相比,生产效率提高25—35%,单位能耗降低15—25%,2010年获山东省青岛市技术发明一等奖;发明的块状橡胶双转子连续混炼方法及其工艺和装备成套技术,解决了间歇式混炼高温和高能耗的问题;发明的适合低温或白炭黑混炼的串联式连续混炼方法及其工艺和装备成套技术,解决了连续混炼过程中物料混合分散及精确配比技术难题,使橡胶混炼更加高效、低耗,开创了块状橡胶混炼新模式,2016年获山东省技术发明二等奖。

“就像做豆腐要加卤水、石膏一样,天然橡胶制备要加酸,在橡胶生产上为防止鲜胶乳挥发酸值升高,保持加工前不腐败凝固,以及加工的稳定性,通常的做法是收集后加入氨保鲜。”由于氨具有浓烈的刺鼻气味,有腐蚀性,危害职工身体健康,污染环境,且会增大后期胶乳凝固用酸量,增加生产成本。因此,汪传生正带领团队潜心攻关,把方向聚焦到新型环保绿色橡胶生产体系研究上。

工业连续化低温裂解把“黑白污染”变成绿色资源

随着我国经济社会快速发展,公路客货运输业及家用汽车保有量急剧攀升,随之而来的是废旧轮胎数量大幅增长。2018年,我国废旧轮胎产生量超过3亿条,废橡胶接近1400万吨,居全球首位。同时,我国也是世界最大的塑料制品生产和消费市场之一,塑料袋、塑料包装、一次性聚丙烯快餐盒以及电器充填发泡填塞物、塑料饮料瓶等使用后成为固体废弃物,难于降解处理,污染生态环境。如何有效解决废旧轮胎和废塑料对环境造成的严重污染,缓解和改善环境污染压力?成为各国面临的亟待突破的共同课题。

“废轮胎等橡胶制品产生的‘黑色污染’,生活垃圾中的废塑料及一次性塑料制品形成的‘白色污染’,对我国生态环境造成了严重破坏,治理‘黑白污染’刻不容缓。”2004年开始,汪传生率团队带着强烈的使命感,不顾脏臭,前瞻性地开始了废橡胶、废塑料和生活垃圾等固体废弃物循环和资源化利用技术研究。

“热裂解能将废橡胶、废塑料还原为炭黑、燃料油等化工产品,可以将它们无害化和资源化处理,实现最有效的能源回收,是目前最理想的‘黑白污染’资源化处理方法。”汪传生说,裂解过程是在缺氧或无氧的情况下,有机大分子化合物受热分解成小分子的过程。橡胶是热的不良导体,如何实现废橡胶的均匀传热是实现高效裂解的关键因素,“我们将橡胶混炼、挤出理论中的强化混炼、均化混合与传热技术应用于废橡胶、废塑料低温连续化裂解,提出胶粘状固体物料低速内循环强化传热及微正压低温裂解方法。”他和团队与济南友邦恒誉科技开发有限公司合作,研发出混合物料免分拣及免清洗、氯硫化合物在线脱除、防结焦热分散、动态密封及有毒有害物质净化等关键技术及成套装备,并取得CE认证、TUV认证及欧盟环保准入证,开创了国内大型成套环保技术装备销售到欧盟的先例。该技术装备已实现产业化,销售到德国、美国、波兰、爱沙尼亚、澳大利亚、巴西等十多个国家和地区,在欧美建立了多个政府示范工程。

不忘初心,方得始终。成功从来得之不易,无数次实验,数不清的数据调整,“工业连续化废橡胶废塑料低温裂解资源化利用成套技术和装备”攻克了胶粘状固体物料混合、分散、传热、动态密封等技术瓶颈,构建了废橡塑制品高效裂解工艺技术体系,研发成套工业连续化裂解技术装备,实现废弃资源产业化利用,并将工艺和装备成套技术推向国际市场。2011年,汪传生再次获得国家科技进步二等奖,作为主要完成人,制定了“废橡胶废塑料裂解油化成套生产装备(GB/T32662—2016)”国家标准。

“与国际先进技术相比,该技术裂解温度低(450℃左右)、出油率高(废塑料达60—70%、废橡胶达45—50%)、油品质量好(4#轻燃料油质量指标)。目前团队正在进行整胎连续裂解技术、裂解产物可控技术、裂解产物高值化利用技术(裂解产物进一步提炼为化工原料、裂解炭黑高值化利用)等方面的研究。既能够降低废轮胎裂解过程的能源消耗,又能提高裂解产物的经济价值,增加废轮胎处理企业的经济效益,从而促使废轮胎裂解行业良性发展。”汪传生开心地说。

产学研一体化把论文扎实写在大地上

科研尤其是应用型科学研究,是一个发现、探索、认知、利用,最终用成果推动社会进步的过程。作为项目带头人,汪传生注重产学研一体化,始终把技术创新与产业上、中、下游对接、耦合。先后承担了国家“七五”“八五”“十五”重大科技攻关项目、国家自然科学基金、国家支撑计划子课题、省科技攻关项目、省自然科学基金等国家、省、部、市级及企业的科研项目50余项;授权发明专利70余项;主持和参与制定国家标准3项;发表论文300多篇,其中SCI、EI收录70余篇,在技术创新、节约资源、循环发展等方面为行业发展作出了突出贡献。

自上世纪90年代起,同步转子混炼成套技术先后在大连橡塑、益阳橡机、无锡双象、四川亚西等企业放大应用于80——620L等密炼机上,研制的密炼机国内市场占有率35%以上;被米其林、普利司通、固特异、固铂轮胎、杭州中策、三角轮胎等国内外知名轮胎企业应用,直接经济效益40多亿元。

他提出的变压力机头流道设计模型及方法,使复合材料中75%以上的短纤维实现了径向取向,提高了制品耐磨性和抗撕裂性,已在上海昊誉、青岛裕盛源、青岛科高、庆云华泰等公司应用于工程胎、翻新胎胎面及输送带覆盖胶等生产中。与普通制品相比,提高耐磨性15%以上、抗撕裂性12%以上,2014年获中国物流协会科技进步一等奖。

压延机是橡胶行业宽幅胶片生产的关键装备,价格昂贵,而挤出法工艺简单、成本低,但挤出制品宽度有限。汪传生提出了机头流道等压力设计模型及方法,与内蒙古富特公司合作,研制出挤出宽度2500mm胶片生产线和世界第一条高性能输送带覆盖胶和芯胶一次性复合挤出压延热贴合生产线,已在泰国OTANI轮胎公司、德国大陆(巴基斯坦)轮胎公司、青岛橡胶六厂等40余家企业推广应用,直接经济效益8亿元。与压延法相比,节省投资40—60%,降低能耗50%以上,国内市场占有率50%以上。单辊筒机头挤出法获2006年中石化联合会科技进步一等奖(排名第二),挤出压延法获2016年中石化联合会技术发明二等奖。

和青岛阿尔卑斯环保设备科技有限公司合作开发的生活垃圾分布式磁化裂解技术及装备,解决了目前大型集中垃圾处理厂难以建设的难题,已在国内河北、陕西、青岛多个地方建立了日处理量30—100吨左右的小型绿色垃圾处理厂,正在积极推广中。

严师出高徒创新平台培养复合人才

3D打印技术做为一种新兴的快速成型先进制造技术,近年来受到社会广泛关注。2014年,汪传生充分利用团队在高分子材料及高分子材料加工机械方面的优势,成立了青岛科技大学3D打印实验室。除满足教学外,针对塑料及橡胶等高分子材料的特性研发了新型3D打印技术,既可将金属和工业陶瓷3D打印成型,也可以应用到医学领域,打印复杂结构异形件,实现个性化私人定制,目前可开设三维扫描、逆向工程及三维打印等10余项专业综合实验。

“创新是一个民族进步的不竭动力和源泉。大学生是祖国未来发展的主力,引导大学生不断思考、不断创新至关重要,建立一套行之有效的运行机制,是保证大学生创新能力培养实效性的关键。”汪传生一直从事机械工程及自动化专业本科和研究生教学工作,作为专业负责人,在积极搭建各种创新平台的同时,在教学计划中特别设置了机械创新课程、机械创新实验、创新与创业课程,并聘请国内外知名专家和企业负责人授课。

他担任院长期间,学院与韩国汉阳大学、意大利都灵大学、日本福冈大学等7所国外著名大学开展合作交流,探索出培养具有国际竞争力的创新型复合人才新思路,加速了本专业优势和办学特色建设;与日本株式会社阿尔卑斯技研合作创建了大学生“国际机械工程师培训中心”和“大学生创业与创新中心”,率先在国内高校实现大学生订单式批量国际化就业。

高分子材料加工机械“十一五”至“十三五”山东省高校强化建设重点实验室、中石化联合会混炼工程化工行业重点实验室、轮胎关键装备和先进材料国家工程实验室、山东省高分子材料先进制造技术重点实验室,众多重点实验室落地青岛科技大学,选择汪传生为学科带头人,就在于他富有创新和团队精神,不但严格要求自己,还培养出一支学术态度严谨、科研成果丰硕的教学团队,建设了“机械工程及自动化”国家特色专业、山东省高分子材料加工机械精品课程,带领团队先后获得全国石油和化工行业优秀科研创新团队,山东省、中石化联合会和山东省青岛市科研创新团队奖。机械工程国家实验教学示范中心、教育部高等学校“专业综合改革试点”项目、“机械工程及自动化”国家级特色专业、山东省人才培养模式创新实验区、教育部“新工科”项目等先后在青岛科技大学挂牌或落地也基于此。

截至目前,汪传生共培养硕士102名、博士18名、指导博士后11名,诠释了一个优秀教师的核心素养,树立了教师典范。

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