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张立群院士:以心“橡胶”成其久远

2021-12-28   中国化工报   阅读量:299

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图为张立群和学生交流科研工作。 (北化大供图)

    11月18日,中国工程院2021年院士增选结果公布,北京化工大学张立群教授当选为中国工程院化工、冶金与材料工程学部院士。从本科到硕士到博士,从北京化工大学讲师到校史上最年轻的教授、博士生导师,再到世界著名的弹性体材料研究专家……张立群一直在橡胶这片热土上执着耕耘,作为橡胶材料领域学术领头人,带领中国的橡胶技术一步步迈向世界前沿。

    钟情橡胶  执着耕耘

    1986年,17岁的张立群考入北京化工大学高分子系橡塑工程专业。4年后,他以优异的成绩被保送研究生,继而攻读博士。在学习期间,他在导师周彦豪教授以及金日光教授的指导下,突破了预处理有机短纤维规模化制备技术。在他们的努力下,1994年,我国第一条橡胶用预处理短纤维生产线建成投产,打破了进口产品“一统天下”的局面,进而实现了全面替代,获得化学工业部技术发明二等奖。

    1995年,张立群毕业留校任教,1998年被破格评为教授,成为当时北京化工大学校史上最年轻的教授。1999年,张立群前往美国阿克伦大学做访问学者。2000年,他发表文章,在世界范围内首次明确提出“炭黑增强橡胶属于纳米复合材料,纳米增强对于橡胶的高效增强是必需的”观点。这一观点对提高当时我国橡胶工业界和学术界对纳米复合材料的认知以及橡胶新型补强剂的开发具有指导性意义,被同行大量引用。而他发明的层状硅酸盐/橡胶纳米复合材料的乳液复合制备方法,也在国内外被广泛采用,相关文章被国内外学者引用千余次。至今,只有中国成功规模化生产并应用了黏土—天然橡胶纳米复合材料,而黏土—丁基橡胶纳米复合材料也正走在工业化的路上。

    2001年,张立群回到母校,这时他心中的信念更加坚定,要和学界及产业界同仁一道,让中国的橡胶研究步入世界一流行列,让世界橡胶有中国创造的贡献。

    产研结合  屡获突破

    张立群回国后重新梳理了科研方向,提炼出橡胶研究最终必须与三大目标相结合——国民经济重大需求、国家战略重大需求以及橡胶科学与技术发展需求。

    热塑型硫化橡胶(TPV)是一种使用性能等同橡胶、但加工和回收方法与塑料同理的材料,国外在上世纪80年代已经实现产业化,但我国直到2000年仍然是一片空白。基于张立群团队发明的“完全预分散—动态全硫化技术”,2005年我国第一条3000吨级TPV生产线建成了,一举打破了延续20余年的国外垄断,现已形成万吨级规模的生产和销售,产品知名度排名世界前三位。他的学生田洪池博士也已经成为该领域的技术领军人物。

    他领导团队在橡胶纳米复合材料领域实现过许多令业内瞩目的突破,首次提出了橡胶纳米增强的逾渗机理;率先建立了橡胶纳米复合材料跨尺度模拟研究方向;首次提出了橡胶“纳米弹簧”增强设想;首次提出了利用嵌段高分子自组装原理构建绿色轮胎用超级节油、超级耐磨和抗湿滑的“超级弹性体”;首次发现添加少量纳米片层可有效阻碍橡胶裂纹扩展等。他们还与中国轮胎巨头和输送带领军企业等合作,设计开发了一系列高性能橡胶纳米复合材料,为我国轮胎工业和输送带工业的高质量发展提供了重要支撑。

    我国天然橡胶消耗量自2005年一直居世界第一位,但自给率不足25%。从2008年起,张立群开始寻找第二类天然橡胶资源。2012年,张立群代表北京化工大学牵头组织山东玲珑轮胎、海南橡胶所、黑龙江科学院等,重新开启了我国蒲公英橡胶的规模化研究,成立了中国蒲公英橡胶产业技术联盟,建立了中国第一条蒲公英橡胶提取示范线,制备了第一批蒲公英橡胶概念轮胎。

    他还在国际上首次提出生物基工程弹性体的概念,并领导团队创制出生物基聚酯弹性体、衣康酸酯弹性体、大豆油弹性体等,受到了国际橡胶学术界和企业界的高度关注,并引发了重要的国际合作。在他的领导下,第一条5000吨级衣康酸酯弹性体生产线已经建成,第一批轿车子午线轮胎已经诞生,生物基聚酯弹性体也实现了千吨级中试制备,全世界第一批可降解聚酯橡胶和第一条可降解轮胎也已经试制出来。

    他还带领团队发明了连续、高效、绿色的多阶螺杆动态脱硫再生橡胶技术,实现了万吨级废轮胎绿色生产再生橡胶成套技术的构建与工业化实施,被工信部列入重大节能装备推广目录;建立了我国唯一一套特种装备用氢化丁腈橡胶生产平台,首次实现了该材料的自主保障供应,并设计开发出液态端功能基氢化丁腈橡胶新材料。

    此外,环氧化橡胶、可靶向断裂交联键橡胶、集成电路热界面橡胶、人工肌肉弹性体、可穿戴智能响应橡胶制件……张立群带领团队不知疲倦地耕耘着、创新着,共获得发明专利授权300余项、国家和省部级科技奖励23项。

    传道授业  锻造梯队

    除了他所钟爱的科研工作,张立群还坚持拿出最好的状态为本科生、研究生上课。他和团队成员讲授的《聚合物加工工程》被列为国家精品课程,他自己也被评为北京市教学名师。“我从来没打算离开讲台,我热爱教师这个职业。”张立群这样说。

    不仅如此,他与中国橡胶工业中的轮胎龙头企业、大型输送带龙头企业、橡胶再生龙头企业和电线电缆龙头企业等紧密合作,建立了30余家校企联合研究实验室,吸引企业在北京化工大学设立专项奖学金,每年为学生发放150万元奖学金,每年奖励或资助学生达400人,累计总额达近千万元。

    谈及所取得的成绩,张立群更愿意归功于团队、归功于母校、归功于行业。他的团队是我国橡胶科学与工程领域唯一一支教育长江学者创新团队和国防科技创新团队,建有北京市先进弹性体工程技术研究中心和教育部弹性体材料节能与资源化工程技术研究中心,共有30名教师、10余名外聘研究助理、300多名在读硕士研究生和博士研究生,其中包括3名国家级高层次人才和3名“四青”人才,是我国最大的高分子材料研究团队之一。

    谈及未来,张立群这样说:“科研工作几乎无关于熟练工种,新问题总会无休无止地冒出来,我们享受的就是这种挑战。只要大家努力,中国的橡胶研究和橡胶产业就会越来越强,受到世界的瞩目和尊重。”

    院士履历

    张立群,1969年生于内蒙古多伦县,北京化工大学教授、博士生导师,教育部“长江学者奖励计划”特聘教授,国家杰出青年科学基金获得者,国家“973”项目首席科学家。现任北京化工大学党委常委、副校长。我国橡胶材料领域主要学术带头人,担任中国橡胶工业协会第十届主席团主席成员、中国合成橡胶工业协会专家委员会主任、中国轮胎产业技术创新联盟技术委员会主任。他带领团队长期工作在科研一线,在高性能橡胶纳米复合材料、绿色橡胶材料和特种功能橡胶材料领域取得多项成果,为我国橡胶工业高质量发展作出了重要贡献。他先后主持国家和省部级项目30多项,以第一完成人获得国家技术发明二等奖2项、国家科技进步二等奖1项、国防技术发明奖1项,主编著作2部,授权发明专利120件,发表SCI文章395篇(通讯作者)。连续多年入选Elsevier中国最具学术影响力学者名单,获美国化学会橡胶分会Sparks-Thomas奖、英国材料矿物采矿学会Colwyn Medal等5项国际奖。

    (本系列报道到此结束)