合成杜仲膠的生產(chǎn)與應(yīng)用技術(shù)進(jìn)展
發(fā)布時(shí)間：2011/12/08 作者: 中國杜仲膠科學(xué)研究院 青島第派新材有限公司 趙志超 來源: 中國橡膠網(wǎng)
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隨著橡膠工業(yè)的發(fā)展，我國已經(jīng)成為世界上最大的橡膠消費(fèi)國。據(jù)中國橡膠工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，我國橡膠實(shí)際消費(fèi)量已經(jīng)連續(xù)9年居世界第一。2010年我國天然橡膠年需求量達(dá)300萬噸，而國內(nèi)天然橡膠年產(chǎn)量僅約60萬噸，80%依賴進(jìn)口。在我國橡膠工業(yè)快速發(fā)展的今天，開發(fā)第二膠源顯得尤為重要。
根據(jù)中國林業(yè)科學(xué)研究院經(jīng)濟(jì)林研究開發(fā)中心的統(tǒng)計(jì)，杜仲是世界上適應(yīng)范圍最廣、發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮膬?yōu)質(zhì)膠源樹種。杜仲樹產(chǎn)出的杜仲膠，被稱為第二種天然膠。中國橡膠工業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)長范仁德表示，杜仲膠是天然橡膠不二的替代品，可從根本上解決我國天然橡膠資源匱乏的問題。
1、杜仲膠與合成杜仲膠
杜仲膠是我國一種野生天然高分子資源，它存在于杜仲樹的果、葉、皮、根中。杜仲膠和產(chǎn)于三葉橡膠樹的天然橡膠，化學(xué)成份相同，但分子結(jié)構(gòu)不同，杜仲膠為反式聚異戊二烯，天然橡膠為順式聚異戊二烯。杜仲膠分為天然杜仲膠與合成杜仲膠，它們化學(xué)成份相同，分子結(jié)構(gòu)相同是同一物質(zhì)。合成杜仲橡膠學(xué)名反式-1,4-聚異戊二烯（TPI）又稱反式異戊橡膠、古塔波膠或巴拉塔膠，是由異戊二烯在催化劑存在下定向聚合而得，與順式異戊橡膠（IR）和天然橡膠（NR）是同分異構(gòu)體。
合成杜仲膠具有與天然橡膠相等的碳－碳雙鍵密度，因此可用相同的硫化體系而且有相似的硫化性能。由于硫化交聯(lián)點(diǎn)阻礙了合成杜仲膠鏈段的結(jié)晶，所以根據(jù)交聯(lián)的密度不同，硫化合成杜仲膠呈現(xiàn)出三個(gè)不同階段性能（表1）。
由于合成杜仲膠在室溫下的易結(jié)晶性，表觀為一種熱塑性塑料，但軟化點(diǎn)僅60℃左右，可作為無須制模而直接在身體上模型的醫(yī)用夾板、矯形及假肢材料、運(yùn)動(dòng)和康復(fù)護(hù)具等。又因合成杜仲膠分子鏈本質(zhì)上是不飽和柔性鏈(Tg為-60℃左右)，當(dāng)硫化交聯(lián)密度不高時(shí)，是一種形狀記憶功能材料；當(dāng)交聯(lián)密度達(dá)到一定程度后，由于交聯(lián)阻止了結(jié)晶，則變成橡膠彈性材料?？梢?，合成杜仲膠具有橡膠——塑料兩重性質(zhì)（即橡—塑二重性），是一種多功能、多用途的高分子新材料。
表1 合成杜仲膠的硫化三階段性能與應(yīng)用
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硫化態(tài)
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交聯(lián)劑硫磺用量（份）
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性 狀
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特 征
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用 途
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未硫化或交聯(lián)度極低
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0～1.0
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熱塑性塑料
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軟化點(diǎn)約60℃,可在身體上直接模形
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醫(yī)用夾板,矯形和康復(fù)器材,假肢材料,牙科模印材料,運(yùn)動(dòng)防護(hù)器材等
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|
低度硫化交聯(lián)
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1.5～3.0
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熱致彈性體,室溫為塑料,>60℃為橡膠彈性體
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形狀記憶功能材料,形變大,復(fù)原好,轉(zhuǎn)變溫度低
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熱收縮管、套管,電纜、光纜、管件接頭密封件,熱電開關(guān),包復(fù)或襯里材料等
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硫化到一定交聯(lián)密度
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4.0～6.0
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橡膠彈性體
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滾動(dòng)阻力小,生熱低,耐疲勞和耐磨性能好
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高性能輪胎,傳動(dòng)帶,減震材料等橡膠制品
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2、合成杜仲膠生產(chǎn)
國外最早的合成杜仲膠專利發(fā)表于1955年。在上個(gè)世紀(jì)60~70年代，英國Dunlop公司、加拿大Polysar公司、日本Kurary公司先后對合成杜仲膠進(jìn)行了研究和生產(chǎn)，工業(yè)化裝置為幾百噸的小裝置。這幾家公司都采用釩體系或釩—鈦混合體系催化異戊二烯溶液聚合，但由于催化活性低、生產(chǎn)效率低、裝置小、成本高，價(jià)格為天然橡膠的十幾倍，嚴(yán)重阻礙了合成杜仲膠的發(fā)展。英國Dunlop公司和加拿大Polysar公司先后停產(chǎn)，目前只有日本Kurary公司仍在生產(chǎn)，產(chǎn)量400噸/年左右，主要用作醫(yī)用材料，作為橡膠是不可能接受的。
青島科技大學(xué)黃寶琛教授和有關(guān)研究人員經(jīng)過二十余年的艱苦探索，在三項(xiàng)國家自然科學(xué)基金和兩項(xiàng)國家“863”高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃的支持下，發(fā)明并開發(fā)了以負(fù)載鈦催化異戊二烯本體沉淀聚合合成杜仲膠的新技術(shù)（如下圖所示）：
500噸/年合成合成杜仲膠工業(yè)試驗(yàn)裝置工藝流程圖
本技術(shù)的優(yōu)勢是工藝流程簡單，投資省，效率高，能耗物耗少，無三廢排放，合成成本大幅降低。本法合成的合成杜仲膠的價(jià)格主要取決于單體的價(jià)格，比一般合成橡膠的生產(chǎn)成本都低，無三廢排放，是國家提倡的節(jié)能環(huán)保化工企業(yè)。相對于工業(yè)化的順式異戊橡膠（IR）而言，IR和合成杜仲膠都用單體異戊二烯定向聚合而成，前者采用溶液聚合，需要大量溶劑（回收、精制、循環(huán)），生產(chǎn)工藝復(fù)雜，能耗高；而合成杜仲膠采用本體沉淀聚合，不用溶劑，工藝簡單，設(shè)備投資和生產(chǎn)能耗均降低一半左右。因此，合成杜仲膠的生產(chǎn)成本是較低的。這樣，為合成杜仲膠推廣應(yīng)用于橡膠輪胎，制造綠色輪胎，服務(wù)于節(jié)能減排大局創(chuàng)造了條件。為此，該項(xiàng)目獲得2000年度國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。
在地方政府的支持下，青島科技大學(xué)與有關(guān)方面合作，注冊成立了青島科大方泰材料工程有限公司，旨在將合成杜仲膠推向工業(yè)化。公司已于2006年12月建成500噸/年規(guī)模的合成合成杜仲膠工業(yè)中試裝置，并于當(dāng)年12月16日一次投料開車成功生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，產(chǎn)品填補(bǔ)國內(nèi)空白。所謂中試裝置是相對于將來建設(shè)萬噸級(jí)以上的工業(yè)化裝置而言，實(shí)際上它已經(jīng)是目前世界上最大的合成合成杜仲膠裝置了。工業(yè)中試裝置的開車成功，一方面證明了采用負(fù)載鈦催化異戊二烯本體沉淀聚合合成合成杜仲膠工藝路線的工業(yè)實(shí)施可行性；另一方面也能夠提供一定量的產(chǎn)品（可達(dá)500噸/年）去開發(fā)市場，特別是輪胎市場，讓市場認(rèn)知這種新材料。項(xiàng)目得到了國家科技型中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金、山東省高新技術(shù)自主創(chuàng)新工程專項(xiàng)計(jì)劃、青島市中小企業(yè)培育專項(xiàng)計(jì)劃的支持。項(xiàng)目是原始創(chuàng)新，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和核心技術(shù)，是中國創(chuàng)造。反式異戊橡膠合成新技術(shù)已獲中國、美國、俄羅斯發(fā)明專利。公司以500T/a合成杜仲膠中試產(chǎn)品進(jìn)行輪胎和其它領(lǐng)域試用，目前已經(jīng)形成了一定規(guī)模的市場。
目前，青島科大方泰材料工程有限公司與其他股東合作，成立了青島第派新材有限公司，在青島萊西市李權(quán)莊鎮(zhèn)征地160畝，投資10億元來建設(shè)反式異戊橡膠產(chǎn)業(yè)園：一期計(jì)劃建設(shè)年產(chǎn)30000噸反式異戊橡膠工業(yè)生產(chǎn)裝置，目前已經(jīng)動(dòng)工建設(shè)，2012年投產(chǎn)；二期計(jì)劃續(xù)建年產(chǎn)30000噸反式異戊橡膠工業(yè)裝置；三期計(jì)劃使反式異戊橡膠產(chǎn)能達(dá)到10萬噸，并建設(shè)反式異戊橡膠應(yīng)用工程研發(fā)中心，開發(fā)反式異戊橡膠系列新產(chǎn)品，開辟反式異戊橡膠生產(chǎn)和應(yīng)用的新時(shí)代。
項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后（10萬噸/年）可實(shí)現(xiàn)銷售收入30億元，利稅5億元。如全部用于制造低碳輪胎可節(jié)油700萬噸（1噸合成杜仲膠用于輪胎可節(jié)油70噸，減少二氧化碳排放200噸），減少二氧化碳排放2000萬噸，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。
我們建設(shè)的項(xiàng)目是中國和世界第一套萬噸級(jí)合成杜仲膠工業(yè)化生產(chǎn)裝置，是中國和世界橡膠新材料領(lǐng)域中的一次革命；我們的園區(qū)將是國家”863”項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)化基地，是中國和世界合成杜仲膠生產(chǎn)、研發(fā)和應(yīng)用中心。中國合成杜仲膠的產(chǎn)業(yè)化，必然對世界合成橡膠工業(yè)和輪胎工業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
3、合成杜仲膠的應(yīng)用
3.1合成杜仲膠在半鋼子午胎中的應(yīng)用
半鋼子午胎是動(dòng)態(tài)使用的橡膠制品，主要用膠為天然橡膠（NR）、丁苯橡膠（SBR）、順丁橡膠（BR）等。合成杜仲膠與NR、SBR、BR等并用，用于胎面膠、胎側(cè)膠配方中的物理力學(xué)性能如表2所示。
在部分轎車和輕型載重半鋼絲子午線輪胎胎面膠中使用合成杜仲膠的試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。
表2 合成杜仲膠用于輪胎胎面膠和胎側(cè)膠的典型配方和主要性能[4]
|
項(xiàng)目
|
胎面膠
A-1 B-1
|
胎面膠
A-2 B-2 C-2
|
胎側(cè)膠
A-3 B-3
|
|
配方(質(zhì)量份):
NR
SBR
BR
合成杜仲膠
炭黑N234
炭黑N339
炭黑N539
硫化特性※:
t10/min
t90/min
t90－t10/min
物理性能(22℃):
拉伸強(qiáng)度/Mpa
100%定伸應(yīng)力/Mpa
300%定伸應(yīng)力/Mpa
扯斷伸長率/%
扯斷永久變形/%
撕裂強(qiáng)度/(kN·m-1)
邵爾A型硬度/度
回彈值/%
22℃
70℃
100℃
阿克隆磨耗量/cm3
耐屈撓龜裂次數(shù)/萬次
一級(jí)裂口
六級(jí)裂口
登錄普旋轉(zhuǎn)功率損耗
滾動(dòng)損失(相對數(shù))
動(dòng)態(tài)變形/mm
溫升/℃
磨擦系數(shù)(22℃)
干柏油路
濕柏油路
|
70 50
30 30
0 0
0 20
25 25
25 25
0 0
6.72 6.97
15.10 16.15
8.38 9.18
26.7 24.0
2.3 2.6
11.4 13.0
571 481
21 12
57.1 52.2
65 65
34 38
46 49
50 53
0.156 0.168
5 36
36 75
2.75 2.35
0.9525 0.9144
18 14
0.763 0.755
0.346 0.336
|
70 50 50
0 0 15
30 30 15
0 20 20
25 25 25
25 25 25
0 0 0
6.60 6.33 6.63
12.58 13.02 13.83
5.98 6.68 7.18
26.2 22.0 23.5
2.0 2.4 2.8
9.2 11.9 13.2
600 494 472
17 12 12
62.0 52.3 52.3
62 64 64
46 45 42
55 53 49
57 55 54
0.090 0.070 0.110
22 225 36
95 >225 75
2.10 1.95 2.25
1.0287 0.9017 0.9271
12 10 10
0.787 0.815 0.789
0.320 0.326 0.324
|
50 40
0 0
50 40
0 20
0 0
25 25
25 25
6.88 6.88
12.87 13.47
5.98 6.58
21.6 17.3
2.1 2.4
10.6 11.7
525 421
11 8
51.7 49.6
61 62
52 51
59 58
60 59
－ －
>225 >225
>225 >225
1.70 1.65
0.9144 0.8763
8 8
－ －
－ －
|
注：A-表示傳統(tǒng)應(yīng)用配方； B、C-表示含合成杜仲膠對比實(shí)驗(yàn)配方
※其它助劑（質(zhì)量份）：硬脂酸 2.5; 氧化鋅 5.0; 膠易素T-78 2.0; 防老劑4010NA 2.0; 防老劑4020 1.0; 防老劑RD 1.0; 微晶蠟 1.0; 芳烴油 7.0; 硫黃 2.0; 促進(jìn)劑CZ 0.9
表3 合成杜仲膠用于胎面膠小批量輪胎試制及成品試驗(yàn)結(jié)果[5]
|
輪胎型號(hào)
|
175/70RT13
|
165/70R14-81T
|
6.50R16C
|
|||||
|
試驗(yàn)車型
|
捷達(dá)轎車
|
富康轎車
|
依維柯小客車
|
|||||
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胎面膠配方(生膠質(zhì)量份) *：
|
A-1
|
B-1
|
A-2
|
B-2
|
C-2
|
A-3
|
B-3
|
|
|
SBR1712**
|
60
|
60
|
50
|
25
|
25
|
70
|
45
|
|
|
SBR1500
|
40
|
20
|
30
|
30
|
30
|
-
|
-
|
|
|
BR9000
|
-
|
-
|
20
|
20
|
-
|
30
|
30
|
|
|
HVBR-82
|
-
|
-
|
-
|
-
|
20
|
-
|
-
|
|
|
合成杜仲膠
|
-
|
20
|
-
|
25
|
25
|
-
|
25
|
|
|
機(jī)床高速試驗(yàn)
|
190Km/h
|
合格
|
合格
|
|
|
|
|
|
|
200Km/h
|
|
|
合格
|
合格
|
合格
|
|
|
|
|
機(jī)床耐久性試驗(yàn)
|
120h
|
合格
|
合格
|
合格
|
合格
|
合格
|
|
|
|
100h
|
|
|
|
|
|
合格
|
合格
|
|
|
百公里燃油消耗試驗(yàn)(L/100Km) ***
|
車速95Km/h
|
6.247
|
6.108
|
|
|
|
12.55
|
12.25
|
|
車速100Km/h
|
|
|
6.12
|
5.96
|
5.97
|
|
|
|
|
|
節(jié)油率/%
|
0
|
－2.23
|
0
|
－2.6
|
－2.5
|
0
|
－2.39
|
|
制動(dòng)性能試驗(yàn) ***
初速度50km/h
制動(dòng)距離
|
干柏油路面/m
|
|
|
12.1
|
12.3
|
12.2
|
|
|
|
濕柏油路面/m
|
|
|
48.1
|
50.5
|
46.1
|
|
|
|
|
制動(dòng)性相對值
|
|
|
1.00
|
0.98
|
1.02
|
|
|
|
|
行駛里程試驗(yàn)(城市路和高速路)/ 104Km
|
>15.0
|
>15.0
|
>15.0
|
>15.0
|
>15.0
|
12.5
|
15.0
|
|
* A-表示當(dāng)前生產(chǎn)配方； B、C-表示含合成杜仲膠對比實(shí)驗(yàn)配方，除生膠外其余配合劑與生產(chǎn)配方相同。
1-貴州輪胎公司試制； 2-湖北東風(fēng)金獅輪胎公司試制； 3-山東成山輪胎公司試制
** 充油膠，折合干膠計(jì)量
*** 中國汽車工業(yè)總公司北方汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)鑒定試驗(yàn)所的測試報(bào)告
從表3的試驗(yàn)結(jié)果，僅在轎車和輕載半鋼子午胎胎面膠中使用20--25份合成杜仲膠即可節(jié)省燃油2.5%左右，同時(shí)加用20份HVBR的胎面膠(樣胎C-2)，不僅油耗低，而且抗?jié)窕阅苓€有所提高。以輪胎使用壽命為10萬公里計(jì)（實(shí)際已超出），平均每條輪胎可節(jié)省燃油35升（轎車胎）~50升（輕載胎），而在制造這些輪胎時(shí)，每條胎僅用了300~500g的合成杜仲膠。以此計(jì)算，1噸合成杜仲膠用于輪胎，共可節(jié)省燃油10萬升（70~80噸），減少汽車尾氣二氧化碳排放量200噸左右。社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益都是十分顯著的。輪胎是橡膠材料的最大應(yīng)用市場，高性能節(jié)能環(huán)保輪胎又是輪胎的發(fā)展方向。
根據(jù)合成杜仲膠硫化膠的特點(diǎn)，其在胎側(cè)膠、三角膠、帶束層膠、內(nèi)層膠等部位用膠中也同樣是可行的。
3.2合成杜仲膠在全鋼子午胎和工程胎中的應(yīng)用
全鋼子午胎和工程胎是目前國內(nèi)許多企業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)，主要使用NR，硫化體系也有所不同（多數(shù)采用半有效硫化體系）。因此，合成杜仲膠與NR并用膠的性能是合成杜仲膠能否部分替代NR用于全鋼子午胎和工程胎的關(guān)鍵。表4為采用普通硫磺硫化體系少量合成杜仲膠與NR并用硫化膠的性能。
表4 合成杜仲膠用量對合成杜仲膠/NR并用性能的影響
|
方案3-1
|
方案3-2
|
方案3-3
|
方案3-4
|
方案3-5
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||
|
phr
|
phr
|
phr
|
phr
|
phr
|
||
|
3#煙片膠
|
100
|
95
|
90
|
85
|
80
|
|
|
合成杜仲膠
|
0
|
5
|
10
|
15
|
20
|
|
|
S
|
1.4
|
1.4
|
1.6
|
1.8
|
1.8
|
|
|
NOBS
|
1.4
|
1.4
|
1.4
|
1.4
|
1.4
|
|
|
硫化特性
|
T10 min
|
6’56”
|
7’13”
|
6’42”
|
7’07”
|
6’20”
|
|
T90 min
|
21’05”
|
22’01”
|
20’33”
|
20’20”
|
20’39”
|
|
|
硫化條件 145℃×t90
|
|
|
|
|
|
|
|
硬度 （邵爾A）度
|
70
|
71
|
73
|
74
|
74
|
|
|
扯斷拉伸強(qiáng)度 MPa
|
19.74
|
19.93
|
19.11
|
19.71
|
19.30
|
|
|
扯斷伸長率 %
|
508
|
521
|
500
|
496
|
541
|
|
|
定伸應(yīng)力100% MPa
|
2.48
|
2.06
|
2.83
|
3.02
|
2.58
|
|
|
定伸應(yīng)力300% MPa
|
11.10
|
11.32
|
11.26
|
12.00
|
10.32
|
|
|
扯斷永久變形 %
|
27
|
26.5
|
24.9
|
25.1
|
27.1
|
|
|
撕裂強(qiáng)度 kN/m
|
88.08
|
86.58
|
85.97
|
80.97
|
83.42
|
|
|
回彈值 %
|
35.5
|
36.3
|
38
|
40.5
|
39.8
|
|
|
密度 kg/m3
|
1.145
|
1.150
|
1.149
|
1.150
|
1.153
|
|
|
磨耗量 cm3/1.61km
|
0.35
|
0.35
|
0.34
|
0.31
|
0.32
|
|
|
壓縮生熱 ℃
|
21.3
|
20.4
|
18.45
|
18.45
|
19.6
|
|
|
tgδ（60℃.10Hz）
|
0.216
|
|
0.212
|
0.207
|
0.207
|
|
|
G’ （60℃.10Hz）KPa
|
1555
|
|
1690
|
1685
|
1710
|
|
其它小料同目前通用的全鋼子午胎和工程胎胎面膠配方。
從表4的數(shù)據(jù)可見，20質(zhì)量份以內(nèi)的合成杜仲膠與NR并用，其硫化特征和一般力學(xué)性能如拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長率、撕裂強(qiáng)度等基本保持變化不大，而硬度、定伸強(qiáng)度隨合成杜仲膠用量增加而上升，壓縮生熱、阿科隆磨耗下降，溫度掃描特性（60℃tgδ值）也證明了滾動(dòng)阻力的減少。
表5的數(shù)據(jù)說明，采用半有效硫化體系（用DTDM為硫給予體）控制用量得當(dāng)，可在增加拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度等基本力學(xué)性能基礎(chǔ)上，進(jìn)一步降低滾動(dòng)阻力和生熱。
表5 DTDM用量對合成杜仲膠/NR并用硫化膠性能的影響
|
配方組成
|
方案5-1
|
方案5-2
|
方案5-3
|
方案5-4
|
方案5-5
|
|
|
phr
|
phr
|
phr
|
phr
|
phr
|
||
|
3#煙片膠
|
90
|
90
|
90
|
90
|
90
|
|
|
合成杜仲膠
|
10
|
10
|
10
|
10
|
10
|
|
|
S
|
2.4
|
2.4
|
2.4
|
2.4
|
2.4
|
|
|
NOBS
|
0.8
|
0.8
|
0.8
|
0.8
|
0.8
|
|
|
DTDM
|
0
|
0.1
|
0.2
|
0.3
|
0.4
|
|
|
硫化特性
|
T10 min
|
9’26”
|
8’46”
|
9’43”
|
9’46”
|
8’36”
|
|
T90 min
|
33’25”
|
30’50”
|
31’31”
|
30’41”
|
29’08”
|
|
|
硫化條件 145℃×t90
|
|
|
|
|
|
|
|
扯斷拉伸強(qiáng)度 MPa
|
23.25
|
24.02
|
24.35
|
25.60
|
23.61
|
|
|
扯斷伸長率 %
|
641
|
634
|
632
|
644
|
563
|
|
|
定伸應(yīng)力100% MPa
|
2.29
|
2.30
|
2.31
|
2.38
|
3.05
|
|
|
定伸應(yīng)力300% MPa
|
9.46
|
9.95
|
9.94
|
10.09
|
12.24
|
|
|
扯斷永久變形 %
|
31.6
|
32
|
29.7
|
35.2
|
32.7
|
|
|
撕裂強(qiáng)度 kN/m
|
85.08
|
92.41
|
90.37
|
95.19
|
87.81
|
|
|
回彈值 %
|
41
|
42
|
41
|
43
|
41.5
|
|
|
壓縮生熱 ℃
|
17.7
|
16.8
|
16.2
|
14.9
|
17.0
|
|
其它小料同目前通用的全鋼子午胎和工程胎胎面膠配方。
上海輪胎橡膠（集團(tuán)）股份有限公司輪胎研究所經(jīng)過試驗(yàn)生產(chǎn)30多條全鋼子午胎，并裝車進(jìn)行了行駛里程試驗(yàn)，其報(bào)告如下：
表6全鋼子午線輪胎里程試驗(yàn)報(bào)告
規(guī) 格：11.00R20—18PR 花紋型號(hào)：RR2002G 試驗(yàn)車號(hào)：贛E13303 行駛路線：金華—廣州
路 況：高速公路 載重：不固定貨物（30~40噸）基本不超載 檢測日期：2008.11.12
|
胎 號(hào)
|
胎 位
|
行駛公里（km）
|
氣壓
（kg）
|
原花紋
深度（mm）
|
剩余花紋
深度（mm）
|
平均磨耗
（km/mm）
|
使用情況
|
|
S08051001
|
左前外檔
|
110000
|
11
|
16.50
|
5
|
9565
|
正常
|
|
C81543305
|
左前內(nèi)檔
|
110000
|
11
|
16.50
|
5
|
9565
|
正常
|
|
S08051014
|
左中外檔
|
110000
|
11
|
16.50
|
12
|
24444
|
正常
|
|
S08051011
|
左中內(nèi)檔
|
110000
|
11
|
16.50
|
12
|
24444
|
正常
|
|
C81543317
|
左后外檔
|
110000
|
11
|
16.50
|
8
|
12941
|
正常
|
|
C81543318
|
左后內(nèi)檔
|
110000
|
11
|
16.50
|
9
|
14666
|
正常
|
|
C81544567
|
右前外檔
|
110000
|
11
|
16.50
|
8
|
12941
|
正常
|
|
C81507343
|
右前內(nèi)檔
|
110000
|
11
|
16.50
|
5
|
9565
|
正常
|
|
S08051002
|
右中外檔
|
110000
|
11
|
16.50
|
12.5
|
27500
|
正常
|
|
S08051013
|
右中內(nèi)檔
|
110000
|
11
|
16.50
|
12
|
24444
|
正常
|
|
C81543306
|
右后外檔
|
110000
|
11
|
16.50
|
7
|
11579
|
正常
|
|
C81504344
|
右后內(nèi)檔
|
110000
|
11
|
16.50
|
6
|
10476
|
正常
|
注：胎號(hào)S字頭表示：胎面膠中含20份反式異戊橡膠（合成杜仲膠），80份天然橡膠（NR）；
胎號(hào)C字頭表示：胎面膠為三段集成：其中一段含20份合成杜仲膠，另兩段為原配方TQ387和TQ797。
試驗(yàn)單位：上海輪胎橡膠（集團(tuán)）股份有限公司輪胎研究所
試驗(yàn)人：浙江金華汽車工業(yè)貿(mào)易有限公司
賽輪股份有限公司、杭州中策橡膠有限公司、山東三角輪胎股份有限公司、青島雙星輪胎有限公司等輪胎企業(yè)用我們500T/a中試裝置生產(chǎn)的合成杜仲膠新材料實(shí)驗(yàn)也得到了類似的結(jié)果。說明，用10～20質(zhì)量份合成杜仲膠替代NR用于制造低生熱、長壽命全鋼子午胎、工程胎是可行的。
4、中國杜仲膠科學(xué)研究院
中國杜仲膠科學(xué)研究院由中國橡膠工業(yè)協(xié)會(huì)2011年9月19日批準(zhǔn)成立，2011年10月16日在青島掛牌。中國杜仲膠科學(xué)研究院以中國橡膠工業(yè)協(xié)會(huì)為引領(lǐng)，青島第派新材有限公司為主導(dǎo)，青島科技大學(xué)，軟控股份有限公司參與的官產(chǎn)學(xué)研合作的研究院。
4.1成立中國杜仲膠科學(xué)研究院的重要意義
成立中國杜仲膠科學(xué)研究院是中國橡膠工業(yè)協(xié)會(huì)的一件大事，是中國橡膠工業(yè)發(fā)展的一件好事，是中國綠色輪胎發(fā)展的源泉，是杜仲產(chǎn)業(yè)發(fā)展引擎，意義非常重大。
4.1.1、中國橡膠工業(yè)走向強(qiáng)國的需要
橡膠是我國重要的緊缺的戰(zhàn)略物資。橡膠工業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)最重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一。普通天然橡膠（三葉橡膠）主要產(chǎn)地在東南亞，在我國適生區(qū)域很窄，僅能在海南島和西雙版納等地栽培，產(chǎn)能已達(dá)極限。目前，東南亞各天然橡膠生產(chǎn)國組成橡膠產(chǎn)業(yè)同盟，控制著全球天然橡膠的價(jià)格和產(chǎn)量，天然橡膠原料受制于人的局面日益嚴(yán)重。這將嚴(yán)重影響中國橡膠工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。開發(fā)第二天然橡膠資源已成為我國政府亟待解決的重要課題，也是做強(qiáng)我國橡膠工業(yè)的必然。
杜仲為中國特有，種植面積可達(dá)1000萬公頃，發(fā)展?jié)摿薮蟆６胖倌z是除三葉橡膠之外世界上惟一具有巨大開發(fā)前景的優(yōu)質(zhì)天然橡膠資源。按照300萬公頃的發(fā)展規(guī)模，我國杜仲膠年產(chǎn)量可達(dá)120萬噸，為我國目前天然橡膠產(chǎn)量的2倍，天然橡膠資源匱乏的問題將得到根本解決。
杜仲產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸問題是杜仲膠的工業(yè)應(yīng)用，至今還國內(nèi)沒有杜仲膠工業(yè)應(yīng)用產(chǎn)品。所以大力開展杜仲膠的工業(yè)應(yīng)用研究以迫在眉睫，中國橡膠工業(yè)需要杜仲膠科學(xué)研究院，研究院將助推中國橡膠工業(yè)由大國走向世界橡膠工業(yè)的強(qiáng)國。
4.1.2、中國發(fā)展綠色輪胎的需要
2010年國內(nèi)輪胎總產(chǎn)量達(dá)4.2億條，居世界第一。我國目前輪胎產(chǎn)業(yè)還主要占據(jù)中低端市場，由于關(guān)鍵技術(shù)不過關(guān)，性能達(dá)不到，高級(jí)轎車、載重車、越野車等輪胎更是青睞外國，50％以上的輪胎從國外進(jìn)口。我們的研究實(shí)驗(yàn)表明，在現(xiàn)有制作工藝基礎(chǔ)上，將合成杜仲膠用于高耐磨性輪胎膠料可以使用壽命延長,并實(shí)現(xiàn)節(jié)油2.5%左右。即每噸合成杜仲膠用于輪胎可節(jié)油70噸，減少二氧化碳排放200噸。通過配方和工藝的優(yōu)化使輪胎節(jié)油3%是有可能的，這就實(shí)現(xiàn)了用杜仲膠來生產(chǎn)中國綠色輪胎，使中國輪胎從低端產(chǎn)品走向高檔產(chǎn)品，由輪胎大國走向輪胎強(qiáng)國。這一歷史使命中國杜仲膠科學(xué)研究院可以完成，所以中國綠色輪胎的發(fā)展需要中國杜仲膠科學(xué)研究院。
4.1.3、中國杜仲膠新材料應(yīng)用的需要
我們的研究已經(jīng)證明杜仲膠與聚丙烯共混生產(chǎn)的合金新材料具有超高韌性，可用于汽車保險(xiǎn)杠、儀表盤、內(nèi)飾件等市場十分巨大；杜仲膠還可用于制造高速火車、汽車減震材料、醫(yī)用夾板、形狀記憶材料。環(huán)氧化的杜仲膠還有吸收聲波的本領(lǐng)，可以用于潛艇、艦船的隱身材料。杜仲膠這些高性能新材料的工業(yè)化應(yīng)用，都需要由中國杜仲膠科學(xué)研究院來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橄嚓P(guān)的工業(yè)企業(yè)沒有人才、技術(shù)、資金和能力來完成這些杜仲膠實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用研究和工業(yè)應(yīng)用推廣。
4.1.4、中國杜仲膠生產(chǎn)企業(yè)發(fā)展的需要
杜仲膠生產(chǎn)企業(yè)多在交通不好、信息不通和人才匱乏的地方，因此沒有能力進(jìn)行杜仲膠的研究和檢測，所以中國杜仲膠科學(xué)研究院就是中國整個(gè)杜仲產(chǎn)業(yè)的信息平臺(tái)、研發(fā)平臺(tái)、應(yīng)用平臺(tái)、檢測平臺(tái)、人才培養(yǎng)平臺(tái)。杜仲膠生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的杜仲膠性能由研究院統(tǒng)一檢測，并出具權(quán)威的檢測報(bào)告。杜仲膠的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)由研究院制訂，使杜仲膠生產(chǎn)企業(yè)走向規(guī)范化、法制化軌道。所以中國眾多的杜仲膠生產(chǎn)企業(yè)需要中國杜仲膠科學(xué)研究院為其發(fā)展保駕護(hù)航。
4.2、成立中國杜仲膠科學(xué)研究院的可行性
4.2.1、政策可行性
目前，國家已經(jīng)把具有橡-塑二重性的高分子新材料--杜仲膠產(chǎn)業(yè)化列入戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),也是典型的新興工農(nóng)業(yè)復(fù)合循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)體系。人大代表積極建議發(fā)展杜仲膠產(chǎn)業(yè)，以解決我國天然橡膠資源匱乏問題。中國橡膠工業(yè)協(xié)會(huì)已經(jīng)成立杜仲產(chǎn)業(yè)促進(jìn)工作委員會(huì)，并成立了中國杜仲產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，進(jìn)行了大量的社會(huì)調(diào)研，把發(fā)展杜仲產(chǎn)業(yè)的建議已經(jīng)反映到國家領(lǐng)導(dǎo)層面。國家領(lǐng)導(dǎo)高度重視杜仲產(chǎn)業(yè)發(fā)展，鼓勵(lì)有關(guān)省市要大力進(jìn)行杜仲樹的種植，發(fā)展略性新興產(chǎn)業(yè)。一場轟轟烈烈的種杜仲樹，發(fā)展杜仲產(chǎn)業(yè)的運(yùn)動(dòng)已經(jīng)在全國掀起，杜仲膠發(fā)展的春天已經(jīng)到來。在這種情況下中國橡膠工業(yè)協(xié)會(huì)建議成立中國杜仲膠科學(xué)研究院符合國家產(chǎn)業(yè)政策，所以說從政策上看是可行的。
4.2.2、人才可行性
青島第派新材有限公司從事合成杜仲膠研究的人才眾多，其中王夢蛟博士從事橡膠應(yīng)用研究46年，是國際著名的橡膠專家。項(xiàng)目發(fā)明人黃寶琛教授從事合成杜仲膠研究20多年；陳占勛教授、劉毓真教授都是國內(nèi)知名的橡膠、塑料研究的人才。加之嚴(yán)瑞芳教授等杜仲產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟聘請的專家和青島科技大學(xué)高分子學(xué)院專家教授，應(yīng)該說中國杜仲膠科學(xué)研究院是人才濟(jì)濟(jì)，完全有能力把杜仲膠的應(yīng)用研究進(jìn)行好，為杜仲膠的產(chǎn)業(yè)化奠定理論基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)。所以說從人才配備角度成立中國杜仲膠科學(xué)研究院是可行的。
4.2.3、技術(shù)可行性
青島第派新材有限公司已經(jīng)成立合成杜仲膠研究所，由王夢蛟博士任所長，陳占勛教授任副所長，帶領(lǐng)一批博士、碩士和本科生近20人的研發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行合成杜仲膠的應(yīng)用研究。與賽輪輪胎進(jìn)行了全鋼子午胎、半鋼子午胎、翻新輪胎等全方位的合作，取得了階段性的合成杜仲膠在輪胎中應(yīng)用成果。合成杜仲膠應(yīng)用在輪胎在已經(jīng)露出曙光。合成杜仲膠與聚丙烯共混制合金；合成杜仲膠醫(yī)用夾板等已經(jīng)出現(xiàn)了可喜的的結(jié)果。合成杜仲膠工業(yè)應(yīng)用的成功說明天然杜仲膠也一定可以成功，所以從技術(shù)角度看成立中國杜仲膠科學(xué)研究院也是可行的。
4.2.4、產(chǎn)業(yè)可行性
從產(chǎn)業(yè)上看，青島科大方泰材料工程有限公司現(xiàn)在每年可生產(chǎn)合成杜仲膠300多噸，有足夠的合成杜仲膠用于研究開發(fā)。同時(shí)青島第派新材有限公司建設(shè)的萬噸級(jí)合成杜仲膠裝置建設(shè)，也為合成杜仲膠的工業(yè)應(yīng)用提供了充足的原材料，開辟合成杜仲膠工業(yè)應(yīng)用市場。從輪胎工業(yè)應(yīng)用和塑料合金應(yīng)用需求量看每年至少有100萬噸的杜仲膠應(yīng)用市場。所以從產(chǎn)業(yè)角度看成立中國杜仲膠科學(xué)研究院也是可行的。
4.3、中國杜仲膠科學(xué)研究院發(fā)展規(guī)劃
現(xiàn)在青島第派新材合成杜仲膠研究所已經(jīng)投入資金300多萬元，成立中國杜仲膠科學(xué)研究院后繼續(xù)加大對研究院的資金投入，到2013年計(jì)劃投入資金為2億元；建設(shè)研究用房23000平方米；研究人員300人，其中博士、碩士、本科生各100人；采購國際最先進(jìn)的研究設(shè)備和檢測儀器，努力把中國杜仲膠科學(xué)研究院建成國內(nèi)一流、世界知名的研究院。并完成以下研究工作：
4.3.1、合成杜仲膠在全鋼子午胎中的應(yīng)用開發(fā)
合成杜仲膠在子午胎膠料的應(yīng)用開發(fā)可分為幾個(gè)方面：
A、全鋼子午胎胎面膠的開發(fā)
已經(jīng)進(jìn)行了18個(gè)輪次的試驗(yàn):含0.5升小密煉機(jī)實(shí)驗(yàn); 2.5升小密煉機(jī)實(shí)驗(yàn);200升密煉機(jī)擴(kuò)試2次，近期進(jìn)行了370升工業(yè)密煉機(jī)試驗(yàn)，然后制造輪胎進(jìn)行里程實(shí)驗(yàn)。小試中的一組結(jié)果見下表。
表-7 TPI/NR并用膠在全鋼子午胎面膠中的應(yīng)用*
|
編號(hào)
|
M-0
|
D-3-1
|
D-3-2
|
D-5-1
|
D-5-2
|
D-5-3
|
D-5-4
|
|
TPI/NR
|
0/100
|
15/85
（D-3）
|
20/80
（D-3）
|
15/85
（D-5）
|
20/80
（D-5）
|
15/75
（D-5）
|
15/85
（D-5）
|
|
起始門尼ML1+4，100℃
|
125.5
|
108.7
|
157.3
|
135.8
|
124.5
|
106.2
|
105.3
|
|
平衡門尼ML1+4，100℃
|
49.5
|
60.7
|
59.5
|
61.3
|
61.5
|
62.4
|
57.5
|
|
T10
|
5’24’’
|
5’37’’
|
5’24’’
|
5’42’’
|
5’27’’
|
6’3’’
|
5’35’’
|
|
T90
|
14’11’’
|
13’37’’
|
13’17’’
|
14’12’’
|
13’16’’
|
14’36’’
|
13’32’’
|
|
ML(dN.m)
|
1.86
|
2.32
|
2.34
|
2.46
|
2.45
|
2.51
|
2.33
|
|
MH(dN.m)
|
17.27
|
17.83
|
17.82
|
17.72
|
18.03
|
17.67
|
18.18
|
|
硬度邵A
|
64
|
67
|
67
|
61
|
69
|
68
|
69
|
|
拉伸強(qiáng)度/MPa
|
26.97
|
24.61
|
23.36
|
24.56
|
23.28
|
24.17
|
23.77
|
|
100%定伸強(qiáng)度/MPa
|
2.94
|
2.95
|
2.94
|
2.87
|
2.99
|
3.15
|
3.28
|
|
300%定伸強(qiáng)度/MPa
|
15.63
|
14.69
|
13.76
|
14.85
|
14.70
|
15.21
|
15.82
|
|
伸長率/%
|
513
|
487
|
475
|
485
|
464
|
451
|
447
|
|
扯斷變形率/%
|
25
|
24
|
23
|
22
|
21
|
22
|
19
|
|
撕裂強(qiáng)度（KN/m）
|
97.2
|
50.7
|
54.4
|
109.3
|
66.3
|
59.3
|
105.0
|
|
回彈/%
|
50
|
46
|
42
|
45
|
42
|
44
|
44
|
|
DIN（cm3）
|
0.2087
|
0.2185
|
0.2017
|
0.2052
|
0.2041
|
0.2114
|
0.2015
|
|
密度（g/cm3）
|
1.126
|
1.128
|
1.128
|
1.126
|
1.127
|
1.126
|
1.128
|
*D-3;低門尼TPI；D-5：中門尼TPI；D-5-3:并用10phrIR;D-5-4與D-5-1加料順序不同。
由表中數(shù)據(jù)表明，通過改性造粒的D-5-1配合顯示了較好的綜合性能。近期進(jìn)行的工業(yè)混煉膠就是在此配合的基礎(chǔ)上采取的母膠工藝和直混工藝，為下一步合成杜仲膠生產(chǎn)全鋼子午胎提供了工藝優(yōu)化條件。
B、全鋼子午胎胎側(cè)膠的開發(fā)
合成杜仲膠全鋼子午胎胎側(cè)膠的研究已經(jīng)進(jìn)行近半年，于4月進(jìn)行了工業(yè)實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)式生產(chǎn)了輪胎裝車進(jìn)行里程試驗(yàn)。
4.3.2、合成杜仲膠半鋼子午綠色輪胎的開發(fā)
TPI可以硫化成彈性體，也可以與其它通用橡膠共混共硫化作為彈性體應(yīng)用。研究業(yè)已表明，在目前所有用于輪胎的橡膠中，硫化TPI的滾動(dòng)阻力和生熱是最低的，僅為乳聚丁苯橡膠的50%左右，而且任何膠料(包括國際上新發(fā)展的低滾阻低生熱橡膠溶聚丁苯膠在內(nèi))與TPI并用，都能明顯降低其滾動(dòng)阻力和生熱，這對于發(fā)展高性能節(jié)能環(huán)保輪胎，有非常重要意義。經(jīng)轎車和輕型載重子午胎試用證明，在胎面膠中使用20-25質(zhì)量份TPI，替代SBR即可節(jié)省汽車燃油消耗2.5%左右，行駛里程超過15萬公里。
經(jīng)過配方的優(yōu)化和在胎面膠、胎側(cè)膠、三角膠中都使用合成杜仲膠完成可以生產(chǎn)出達(dá)到節(jié)油3%的綠色半鋼子午胎，中國的綠色輪胎。
4.3.3、合成杜仲膠與聚丙烯塑料合金的開發(fā)
高分子合金是一代新型高分子復(fù)合材料，是兩種或兩種以上高分子本體作為基質(zhì)與其它助劑通過機(jī)械共混技術(shù)，制備具有某種性能的高分子復(fù)合體。它的制備特點(diǎn)在于用反應(yīng)釜的合成路線難以實(shí)現(xiàn)的。另外，由于共混工程技術(shù)路線中使用雙螺桿擠出機(jī)，可以在短周期內(nèi)制備多種品種的高分子合金。
我們進(jìn)行了合成TPI/PP合金的制備，PP（聚丙烯）是四大通用樹脂之一。由于PP大球晶結(jié)構(gòu)原因，其強(qiáng)度高，但韌性差，限制了它是廣泛應(yīng)用。采用合金方法對PP進(jìn)行增韌，已有成功的商業(yè)品種如：EPDM增韌PP，POE增韌PP。這類增韌效果當(dāng)比較理想時(shí)，模量與強(qiáng)度大幅下降，且影響合金的加工成型性，本開發(fā)的初步結(jié)果見下表：
表-8 不同無機(jī)粒子的TPI/PP合金性能*
|
編號(hào)
|
D-2-1
|
D-2-2
|
D-2-3
|
D-2-4
|
D-2-5
|
D-2-6
|
|
無機(jī)晶須
|
8
|
16
|
24
|
0
|
0
|
0
|
|
云母粉
|
0
|
0
|
0
|
8
|
16
|
24
|
|
拉伸強(qiáng)度（Mpa）
|
18.00
|
17.81
|
15.21
|
17.13
|
16.42
|
15.76
|
|
伸長率（%）
|
403
|
383
|
289
|
331
|
268
|
90
|
|
懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度KJ/m2
|
36.58
|
38.76
|
37.76
|
38.69
|
39.80
|
37.35
|
|
邵D
|
55
|
57
|
58
|
54
|
56
|
58
|
|
MFR(g/10min)
|
1.4
|
1.2
|
1.0
|
1.6
|
1.5
|
1.4
|
|
維卡軟化點(diǎn)（℃）
|
47
|
47.3
|
50
|
45.5
|
45.6
|
44.8
|
*TPI/PP=30/70,晶須為納米級(jí)，云母粉為1250目。
由表中可見，在保持合金強(qiáng)度較高的條件下，其懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度高達(dá)近40KJ/m2,是超韌性改性的PP材料，它可以應(yīng)用于汽車配件、體育運(yùn)動(dòng)器材及其它對強(qiáng)韌性要求較高的器件或配件。
還可以根據(jù)市場需求，開發(fā)其它合金材料，應(yīng)該說合成杜仲膠合金的市場需求量是非常大的。
4.3.4、合成杜仲膠醫(yī)用夾板的開發(fā)
作為低熔點(diǎn)塑料，可以無須制模直接在身體上模形固化，取代傳統(tǒng)石膏繃帶、鋼木制品等作為醫(yī)用夾板、矯形康復(fù)器材、假肢材料等。這一直是國外合成TPI的主要用途，但價(jià)格非常昂貴，每公斤高達(dá)數(shù)百至上千元，我國還很少進(jìn)口使用，老百姓也使用不起。本法合成TPI醫(yī)用夾板價(jià)格僅為進(jìn)口的10-20%左右，做一次上肢固定僅需十幾至幾十元，中國普通百姓用得起，誰不想用衛(wèi)生、舒適、方便的TPI材料而去受打石膏之苦呢？中國人口眾多，傷殘病人就以千萬計(jì)，這個(gè)市場就是巨大的，估計(jì)容量不在千噸之下。由于價(jià)格便宜，也有利于出口廣大發(fā)展中國家。
4.3.5、合成杜仲膠形狀記憶材料的開發(fā)
用普通橡膠的硫化方法就能加工成形狀記憶功能材料，而且硫化交聯(lián)均勻(即便是大厚制品)，形變量大，形變恢復(fù)性能好，熱變形溫度低(可調(diào)在60°C-室溫間)，使用方便，是TPI形狀記憶材料的特點(diǎn)。加工成各種熱縮管，用于地下電纜光纜的接頭密封，輸油管線保溫層的包覆密封、電器的絕緣保護(hù)等，都非常方便，用量也很大。還可以制成管件接頭、密封件、緊固件、電熱開關(guān)等等，應(yīng)用范圍很廣，其市場容量決不比醫(yī)用材料小。與目前市場上應(yīng)用的輻射交聯(lián)聚乙烯形狀記憶材料比，雖然TPI價(jià)格仍比聚乙烯貴一些，但加工方便，無須昂貴復(fù)雜的輻射裝置，制作成本低，又有以上優(yōu)點(diǎn)，因此會(huì)有更強(qiáng)的市場競爭力。
由此可見，成立中國杜仲膠科學(xué)研究院是中國橡膠工業(yè)的需要，中國杜仲產(chǎn)業(yè)化的需要，中國綠色輪胎的需要。同時(shí)青島第派新材有限公司有能力完成中國橡膠工業(yè)協(xié)會(huì)賦予的使命，辦好中國杜仲膠科學(xué)研究院，為我國杜仲膠廣泛的工業(yè)應(yīng)用做出貢獻(xiàn)。
