張立群：引領(lǐng)中國橡膠研究走向國際前沿

他致力于讓中國的橡膠研究走向世界前沿，率先在國際橡膠界提出生物基工程彈性體、納米增強逾滲機制以及橡膠材料跨尺度模擬基因工程等一系列概念，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)域取得多項具有國際先進或領(lǐng)先水平的成果，并轉(zhuǎn)化應(yīng)用于眾多企業(yè)。

　　他急國家之所急、研國家之所需，堅持4個面向做科研；取得多項研究成果并在多家企業(yè)轉(zhuǎn)化應(yīng)用；獲得國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎2項、國家科技進步獎二等獎1項、省部級科技獎勵12項，授權(quán)發(fā)明專利120件。

　　他被國際同行高度認可，獲得美國化學(xué)會橡膠分會斯帕克斯-托馬斯獎(Sparks-Thomas Award)、國際聚合物加工學(xué)會莫然達-拉姆伯拉獎(Morand Lambla Award)、國際橡膠會議組織獎?wù)?IRCO Medal)、英國材料礦物和礦業(yè)學(xué)會科爾溫獎?wù)?Colwyn Medal)等諸多獎項。

　　他就是中國工程院院士、北京化工大學(xué)副校長張立群。

“堅持面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康”是習(xí)近平總書記對廣大科技工作者提出的要求。肩負歷史責(zé)任，堅持“四個面向”，不斷向科學(xué)技術(shù)廣度和深度進軍，是張立群作為橡膠領(lǐng)域科研工作者的堅守。

　　1986年，張立群考入北京化工學(xué)院(1994年更名為北京化工大學(xué))，從此與橡膠結(jié)下不解之緣。此后的35年，他始終扎根在橡膠領(lǐng)域。

　　學(xué)習(xí)期間，他在導(dǎo)師的指導(dǎo)與支持下，突破了預(yù)處理有機短纖維規(guī)?；苽浼夹g(shù)，于1994年在黑龍江富錦建成我國第一條橡膠用預(yù)處理短纖維生產(chǎn)線，打破了進口產(chǎn)品“一統(tǒng)天下”的局面，進而實現(xiàn)了全面替代，獲得原化學(xué)工業(yè)部技術(shù)發(fā)明二等獎。1996年，他在世界上率先開展了黏土/橡膠納米復(fù)合材料的制備研究，1997年獲得國家自然科學(xué)基金資助，發(fā)明了層狀硅酸鹽/橡膠納米復(fù)合材料的乳液復(fù)合制備方法，被國內(nèi)外廣泛采用，發(fā)表的相關(guān)文章至今被國內(nèi)外學(xué)者引用千余次。2019年，支撐海膠集團在世界上首次規(guī)模化生產(chǎn)了黏土/天然橡膠納米復(fù)合材料。

在張立群心中，創(chuàng)新就要盡可能做大事、做領(lǐng)先的事情、做國家和大家都著急的事，從國家急迫需要和長遠需求出發(fā)做研究。

　　天然橡膠是一種綠色低碳的戰(zhàn)略資源。我國天然橡膠自給率不足20%，嚴(yán)重低于戰(zhàn)略安全警戒線。橡膠資源保障成為張立群團隊的一個主攻方向，由橡膠制品回收再利用戰(zhàn)略、生物基橡膠戰(zhàn)略、天然橡膠戰(zhàn)略構(gòu)建的橡膠產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略路線圖隨后被張立群和團隊構(gòu)建出來。

　　數(shù)百萬噸量級的再生橡膠可謂是橡膠資源循環(huán)利用的主力軍?？上?，這個主力軍一直受困于二次污染這一世界性難題。2015年，張立群作為“十二五”國家“863”項目牽頭人，終于敲開了再生橡膠綠色生產(chǎn)之門。實現(xiàn)這一突破性變革的技術(shù)名為“多階螺桿連續(xù)脫硫綠色制備再生橡膠成套技術(shù)裝備”，實現(xiàn)了從膠粉到再生橡膠整個制備過程的綠色、節(jié)能、連續(xù)、高效生產(chǎn)，達到了“近零排放”。這為解決我國每年近400萬噸再生橡膠的綠色生產(chǎn)問題提供了最先進的解決方案，被工信部、國家發(fā)改委重點推廣，在中策橡膠、貴州輪胎、湖州美欣達等大型企業(yè)落成投產(chǎn)，并出口到斯洛伐克、簽約美國。

　　搶占生物基橡膠這一戰(zhàn)略材料制高點、開辟新的橡膠資源并實現(xiàn)國際引領(lǐng)，是張立群團隊的又一重點工作。

　　他在國際上首次提出了生物基工程彈性體的概念，領(lǐng)導(dǎo)團隊原創(chuàng)了生物基聚酯彈性體、衣康酸酯彈性體等，受到了國家自然科學(xué)基金重點課題和美國固特異公司的大力支持。在他的領(lǐng)導(dǎo)下，世界第一條5000噸級衣康酸酯彈性體生產(chǎn)線已經(jīng)在京博石化建成，第一批雙B級轎車子午線輪胎已經(jīng)誕生，并陳列于合作伙伴固特異公司和玲瓏輪胎的展室中。生物基聚酯彈性體也實現(xiàn)了千噸級中試制備，全世界第一批可降解聚酯橡膠和第一條可降解輪胎、第一批可降解膠鞋也已經(jīng)由彤程新材和玲瓏輪胎等企業(yè)試制出來。

　　團隊在第二天然橡膠資源開發(fā)以及傳統(tǒng)天然橡膠生產(chǎn)與改性兩方面也獲得了突破。2012年，張立群代表北京化工大學(xué)牽頭組織玲瓏輪胎、中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所、黑龍江省科學(xué)院等，重新開啟了我國蒲公英橡膠的規(guī)模化研究，成立了中國蒲公英橡膠產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟。目前，綠色/高效蒲公英橡膠制備關(guān)鍵新技術(shù)已開發(fā)成功，在哈爾濱農(nóng)科院建設(shè)了百噸級中試裝置，玲瓏輪胎利用蒲公英橡膠制作出的概念輪胎在國際會議上引發(fā)了強烈關(guān)注。傳統(tǒng)天然橡膠生產(chǎn)污水橫流、氣味很大，團隊與圣百潤橡膠合作開發(fā)出“高頻微剪切液相法工藝制備超聚態(tài)高性能橡膠材料技術(shù)”，綠色環(huán)保，高端牌號產(chǎn)品基本達到了進口1號煙片膠性能；與海膠集團合作的電絮凝生產(chǎn)天然橡膠環(huán)保技術(shù)也正在路上。為滿足下游企業(yè)應(yīng)用和提升天然橡膠附加值，課題組與海膠集團建立了環(huán)氧化天然橡膠規(guī)?；a(chǎn)平臺，與黑貓?zhí)亢诤土岘囕喬ソ⒘颂亢?天然橡膠納米復(fù)合母膠中試生產(chǎn)線，與固特異、中策橡膠合作開發(fā)了白炭黑/天然橡膠納米復(fù)合母膠規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)……

　　特種裝備用特種功能橡膠材料事關(guān)國家重大戰(zhàn)略需求，張立群和團隊默默耕耘，突破了特種裝備急需的一系列特種功能橡膠材料的設(shè)計與制備技術(shù)，包括特種氫化丁腈橡膠、高彈高柔高電磁屏蔽橡膠、特種消聲阻尼橡膠、復(fù)雜重載荷低生熱高抗切割橡膠等等，建立了系列生產(chǎn)平臺，材料定型并已廣泛用于海陸空天領(lǐng)域數(shù)百臺套特種裝備上，為提升特種裝備性能水平和自主保障能力作出了重要貢獻。

為了能近距離接觸橡膠前沿技術(shù)、了解先進國家的科研體制，1999年，張立群來到了高分子專業(yè)排名數(shù)一數(shù)二的美國阿克倫大學(xué)聚合物科學(xué)系做訪問學(xué)者，與美國國家工程院院士A. N. Gent教授共同研究橡膠材料的拉伸結(jié)晶。他的勤奮與專業(yè)讓Gent教授刮目相看，在其后來為張立群撰寫的申請教育部長江學(xué)者的推薦信中毫不掩飾贊賞之詞。盡管如此，在出國還是一種潮流的2001年5月，懷揣著“讓中國的橡膠研究步入世界一流行列”夢想的張立群，還是急迫地回到了母校。

　　回國是為了把論文寫在祖國大地上。這是張立群的夢想，也是他的實踐。

現(xiàn)如今，每到12月，幾十家合作企業(yè)便會趕到北京，參加北京化工大學(xué)專項獎學(xué)金(材料專場)的頒獎活動。這些企業(yè)多數(shù)和張立群團隊有著深入合作，并在合作中不斷有新的原創(chuàng)技術(shù)誕生，不斷有新的成果實現(xiàn)工業(yè)化。

　　于曉寧，山東道恩集團有限公司的掌舵人，應(yīng)該是對此體會最深的人之一。他從2003年就開始與北京化工大學(xué)合作，雙方不離不棄已經(jīng)18個年頭了。在道恩集團從科工貿(mào)運一體向高端制造業(yè)的轉(zhuǎn)變中，標(biāo)志性事件是熱塑性硫化膠TPV裝置的建成投產(chǎn)。

　　TPV，一種兼具高彈性和熱塑性的可重復(fù)加工利用的綠色橡膠材料，可部分或全部替代常用的傳統(tǒng)熱固性橡膠材料，是最具發(fā)展前途的高分子材料品種之一。但此前在全球卻只有極個別國際大企業(yè)能夠生產(chǎn)。2004年，張立群團隊與道恩集團合作，基于自主開發(fā)的專利技術(shù)，建立了國內(nèi)第一條具有自主知識產(chǎn)權(quán)的年產(chǎn)3000噸TPV生產(chǎn)線，中國由此成為第三個擁有TPV技術(shù)的國家。此后道恩集團又逐漸形成萬噸級規(guī)模的生產(chǎn)和銷售，出口到美國、日本等10多個國家，打破了國際壟斷，實現(xiàn)了國際并跑，產(chǎn)品知名度排名世界前三。這一在綠色橡膠領(lǐng)域的重大突破，2008年獲得國家技術(shù)發(fā)明二等獎。他的學(xué)生田洪池博士也已經(jīng)成長為該領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)軍人物、國家“萬人計劃”領(lǐng)軍人才和烏克蘭工程院外籍院士，道恩集團也于2017年在深交所A股上市。

　　2019年，道恩集團年產(chǎn)千噸的氫化丁腈橡膠項目試生產(chǎn)開工。此前，氫化丁腈一直是制約我國特種橡膠發(fā)展的“卡脖子”技術(shù)之一，也是張立群團隊主攻方向之一。繼2010年國內(nèi)首個特種裝備用氫化丁腈橡膠生產(chǎn)平臺正常運轉(zhuǎn)與正常供貨后，道恩集團于2013年與張立群團隊開始共同攻關(guān)，突破了低成本催化劑關(guān)鍵技術(shù)以及大規(guī)模加氫裝備、工藝技術(shù)，最終建成了千噸級氫化丁腈橡膠生產(chǎn)線。團隊的岳冬梅教授也已是該領(lǐng)域的資深專家。

　　現(xiàn)在，道恩集團和北京化工大學(xué)張立群團隊、中策橡膠集團正在聯(lián)手攻關(guān)“熱塑性高氣體阻隔高柔性內(nèi)胎技術(shù)”，可望變革目前高耗能、長流程、人員密集、設(shè)備密集的內(nèi)胎生產(chǎn)工藝。

玲瓏輪胎在與北京化工大學(xué)長達20年的合作中，也取得了有目共睹的成績。雙方共同承擔(dān)了國家“十五”攻關(guān)課題、國家“十一五”“863”計劃、國家“十三五”“重點研發(fā)計劃”等重大科研課題，合作開發(fā)了幾十個項目，研發(fā)了雙A輪胎、低氣味輪胎、自愈合輪胎、大型航空子午線輪胎、蒲公英橡膠輪胎、生物基合成橡膠輪胎、可降解橡膠輪胎、智能發(fā)電輪胎、3D打印輪胎、免充氣防爆輪胎、石墨烯輪胎等新技術(shù)、新產(chǎn)品，其中兩項科研成果獲得國家科技進步二等獎和國家技術(shù)發(fā)明二等獎。

　　節(jié)油輪胎可以減少車輛行駛時由于輪胎橡膠材料的粘性耗散而引起的油耗。令人意想不到的是，輪胎油耗竟然占整個車輛燃油消耗量的20%~30%。節(jié)油輪胎契合“雙碳”戰(zhàn)略，但輪胎的節(jié)油性能、耐磨性能和抗?jié)窕阅軈s很難兼顧，這一現(xiàn)象被業(yè)界稱為“魔三角”。在國家“十一五”“863”計劃等的支持下，玲瓏輪胎與北京化工大學(xué)從基礎(chǔ)研究入手，將跨尺度模擬技術(shù)與實驗技術(shù)相結(jié)合，搞清了“魔三角”的多層次多尺度上的內(nèi)在機制，開發(fā)成功了各個關(guān)鍵部位橡膠納米復(fù)合材料，優(yōu)化了輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計，開發(fā)了先進的制造工藝。15年來，雙B級輪胎、B/A級輪胎、雙A級輪胎，一步一個腳印，實現(xiàn)了中國轎車輪胎性能的國際一流水平。

　　2020年，玲瓏定向開發(fā)綠色超低滾阻轎車用輪胎系列，達到歐盟標(biāo)簽A等級，獲得第五屆鈴軒獎“量產(chǎn)類底盤優(yōu)秀獎”，成為唯一獲此殊榮的輪胎企業(yè)，被汽車傳媒評為“2020年度節(jié)能環(huán)保輪胎”。

屈指算來，無錫寶通科技與張立群團隊也合作16個年頭了。兼具柔性和高強度的連續(xù)纖維/橡膠復(fù)合材料輸送帶及其系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于冶金、建材、礦山、煤礦等重點產(chǎn)業(yè)惡劣工況和復(fù)雜地形區(qū)的物料輸送，每年輸送物料數(shù)百億噸，作用巨大。我國橡膠輸送帶產(chǎn)量居世界第一位，但具有長壽命耐高溫、高抗撕耐磨、高阻燃耐磨等特種性能的高端輸送帶及復(fù)合材料技術(shù)，因難度很高，長期被國外巨頭掌握和壟斷。雙方聯(lián)合開發(fā)了系列特種高性能橡膠材料，開發(fā)了其與連續(xù)纖維增強體的先進復(fù)合加工工藝技術(shù)及關(guān)鍵裝備，研制出了冶金、建材行業(yè)用耐高溫輸送帶、礦山行業(yè)用高抗撕耐磨輸送帶、煤礦行業(yè)用高阻燃耐磨輸送帶等高端產(chǎn)品，產(chǎn)品壽命和性能可與國際知名大公司同類產(chǎn)品比肩，形成了自主知識產(chǎn)權(quán)，打破了國外壟斷，實現(xiàn)了國際并跑。產(chǎn)品已在世界最大礦業(yè)集團澳大利亞必和必拓公司、全球礦物處理和巖石加工引領(lǐng)者芬蘭美卓公司、歐洲第五大能源公司瑞典大瀑布電力公司、國家能源集團、平煤神馬集團等上百家國內(nèi)外知名用戶使用，獲得了國家科技進步二等獎。

　　彤程新材與張立群團隊的合作，也瞄準(zhǔn)了實現(xiàn)國際超越。2018年，“彤程—北化超級彈性體材料與綠色化工聯(lián)合研究中心”組建。在2015年開始的多方面聯(lián)合研究基礎(chǔ)上，雙方聚焦生物基可降解橡膠技術(shù)、特種功能橡膠技術(shù)和超級彈性體材料技術(shù)，目前已經(jīng)取得了可喜的進展，引起了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。

這樣的例子還有很多很多。

　　在這種產(chǎn)學(xué)研用互相協(xié)同中，身處一線的產(chǎn)業(yè)部門與相對獨立的學(xué)研部門間的密切結(jié)合，爆發(fā)出不可想象的創(chuàng)造力和生產(chǎn)力。

　　現(xiàn)如今，張立群團隊已經(jīng)與國內(nèi)外百余家橡膠材料與橡膠制品領(lǐng)域的企業(yè)進行了合作，建立了30余家產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合研究中心，并促成近40家企業(yè)在北京化工大學(xué)設(shè)立了專項獎學(xué)金，獎勵或資助的學(xué)生達400人/年，累計總額近千萬元。

　　在企業(yè)家眼中，他是執(zhí)技術(shù)牛耳者；在同事眼中，他是睿智勤奮、堅定有力的領(lǐng)路人；在親朋好友眼中，他是愛國奉獻的不斷攀登者。2項國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎、1項國家科技進步獎二等獎、12項省部級科技獎勵，120件授權(quán)發(fā)明專利，就是他把論文寫在祖國大地上最好的證明。全國優(yōu)秀科技工作者、何梁何利科技創(chuàng)新獎、光華工程科技獎青年獎、中國青年科技獎等榮譽稱號則是對張立群所做的這些研究工作的肯定。

如何做出領(lǐng)先的學(xué)術(shù)成果、如何造出中國人自己發(fā)明的橡膠材料、如何讓中國的橡膠研究走向世界前沿、如何讓中國橡膠工業(yè)受到國際尊重……這些都是張立群常常陷入深思的問題。

　　張立群要求自己和團隊以及合作伙伴，做重要的事情，把事情做深、做精，要敢為人先，不隨波逐流，不輕言放棄。

　　2000年，尚在美國做訪問學(xué)者期間，張立群就在世界范圍內(nèi)率先提出“炭黑增強橡膠屬于納米復(fù)合材料，納米增強對于橡膠的高效增強是必須的”的觀點。這一觀點對提高當(dāng)時我國橡膠工業(yè)界和學(xué)術(shù)界對納米復(fù)合材料的認知以及高性能橡膠制品的開發(fā)具有指導(dǎo)性意義，被同行大量引用。2007年前后，他和團隊首次發(fā)現(xiàn)了橡膠拉伸強度與納米顆粒用量間存在“逾滲”現(xiàn)象，據(jù)此提出了納米強化的“逾滲”機理，闡明了納米增強橡膠的本質(zhì)是大分子與納米顆粒共同構(gòu)建的物理/化學(xué)網(wǎng)絡(luò)在外力作用下產(chǎn)生的演變耗能及分子取向強化。該機理被劍橋大學(xué)、康奈爾大學(xué)、德國馬普所等20余家國際知名大學(xué)和研究機構(gòu)以及世界著名的輪胎巨頭等大量引用，被國內(nèi)外同行廣為接受。

　　他很早就預(yù)見到未來將進入到計算材料時代，在國際上率先建立了橡膠材料分子模擬研究方向和跨尺度模擬方向，建立了北京化工大學(xué)材料基因計算工程系?；谶@一新方法和新方向，他領(lǐng)導(dǎo)團隊從分子尺度和納米尺度深刻揭示了橡膠納米復(fù)合材料多尺度多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與納米強化、粘彈性能間的關(guān)系規(guī)律，在國際橡膠界發(fā)文數(shù)量最多、他引次數(shù)最多。

　　2009年，張立群又在國際上提出了一個全新的概念——生物基工程彈性體(BEE)。豐富的生物質(zhì)原料被認為是綠色化工原料的未來出路，利用豐富的生物基化學(xué)品平臺，設(shè)計制備新型生物基彈性體材料或轉(zhuǎn)化為傳統(tǒng)單體再制備傳統(tǒng)的彈性體材料，將會是一個發(fā)展迅速和十分具有競爭力的領(lǐng)域。經(jīng)過十余年的努力，北京化工大學(xué)在這一領(lǐng)域已經(jīng)處于國際引領(lǐng)地位。

　　此外，可靶向斷裂交聯(lián)鍵橡膠、非硫黃綠色交聯(lián)橡膠、低VOC排放高效能偶聯(lián)劑、生物基偶聯(lián)劑、抗遷移防老劑、生物醫(yī)用橡膠制件、人工肌肉彈性體、可穿戴智能響應(yīng)橡膠制件等等，他和團隊的這些研究已經(jīng)或正在學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界開花結(jié)果。

一系列的重要成果讓張立群贏得了國際同行的高度認可。他連續(xù)多年入選Elsevier中國高被引學(xué)者名單，擔(dān)任6個高質(zhì)量SCI期刊的副主編和編委，100余次受邀在國際會議上做大會報告、邀請報告。美國化學(xué)會橡膠分會斯帕克斯-托馬斯獎(Sparks-Thomas Award)、國際聚合物加工學(xué)會莫然達-拉姆伯拉獎(Morand Lambla Award)、國際橡膠會議組織獎?wù)?IRCO Medal)、英國材料礦物和礦業(yè)學(xué)會科爾溫獎?wù)?Colwyn Medal)等諸多獎項也都頒發(fā)給了他。

　　展望未來，張立群認為，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，橡膠材料科學(xué)與工程與資源、環(huán)境、能源、生命健康、體育娛樂、人工智能與機器人等諸多事關(guān)人類未來重大發(fā)展的主題都有著很高的交叉性和關(guān)聯(lián)性，今后的發(fā)展仍將生機無限。

　　針對這些新興領(lǐng)域?qū)ο鹉z新材料的重大需求，張立群和團隊凝練出六大研究方向：橡膠材料基因組科學(xué)與技術(shù)、橡膠納米復(fù)合材料科學(xué)與技術(shù)、特種橡膠材料科學(xué)與技術(shù)、能源橡膠材料科學(xué)與技術(shù)、生命健康橡膠材料科學(xué)與技術(shù)、資源生態(tài)橡膠材料科學(xué)與技術(shù)，并將在這些領(lǐng)域繼續(xù)為提升中國橡膠行業(yè)在全球的影響力孜孜以求，為中國橡膠強國夢努力奮斗，為人類命運共同體做出貢獻。