目前世界橡膠領(lǐng)域最偉大的科學(xué)家 Tire Industry Research

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目前世界橡膠領(lǐng)域最偉大的科學(xué)家

David Shaw， Tire Industry Research， CEO

過去幾年，我跟王夢蛟博士（教授）在他青島的辦公室有過幾次會面。

在調(diào)研過程中，我跟他的很多同事交流過。時常聽到“他是目前世界橡膠領(lǐng)域中最偉大的科學(xué)家”。

王夢蛟博士的很多工作或者發(fā)明屬于商業(yè)機(jī)密。而且，因為他橡膠生涯的前二十年和近十年都是在中國度過的，由于為人低調(diào)，國際上很多人對他所有的工作并不是很了解。

上世紀(jì)，德固賽首先將白炭黑和硅烷偶聯(lián)劑應(yīng)用于輪胎胎面配方，在此基礎(chǔ)上，米其林于九十年代推出“綠色輪胎”，王夢蛟博士在德固賽工作期間，對綠色輪胎基礎(chǔ)理論的研究做出了巨大貢獻(xiàn)。

他建立了完整的理論體系，闡述橡膠／填料相互作用和填料／填料相互作用對填充硫化膠性能的影響。在此理論指導(dǎo)下，他發(fā)明了（橡膠溶液／填料）液相混煉，打破輪胎行業(yè)“魔鬼三角”，在提高輪胎的抗?jié)窕�性能和耐磨性能的同時，降低輪胎的滾動阻力。

早期在中國

王夢蛟教授生于1940年，1964年畢業(yè)于山東大學(xué)物理化學(xué)專業(yè)，然后進(jìn)入化工部北京橡膠工業(yè)研究設(shè)計院。

1977年之前，他用九年的時間研究橡膠老化，三年時間研究硫化，一年時間研究橡膠流變學(xué)。

那個時期，文化大革命席卷中國，中國也關(guān)閉了對外學(xué)術(shù)交流的大門。

每作一個課題，王夢蛟博士均找一些重要的外文參考書。業(yè)余時間，他把這些書 籍翻譯成中文。對他來說這一方面是練習(xí)，另一方面可以更加深入地理解文獻(xiàn)的內(nèi)容。他翻譯出版的第一本書是《硫化和硫化配合劑》（Werner Hofmann著），出版社認(rèn)為翻譯的還不錯，因此讓他繼續(xù)進(jìn)行翻譯工作。他的第二本譯作是《橡膠彈性物理學(xué)》（L.R. G. Treloar著）。之后他又翻譯了三本橡膠專業(yè)書籍：《橡膠化學(xué)》（J. A. Brydson著）、《有規(guī)立構(gòu)橡膠》（W. M. Saltman著）和《炭黑》（J－B. Donnet 和 A. Voet著）。

王夢蛟說：“我從翻譯這些書中學(xué)到了很多知識。對那時的中國人來說，這是一種很好的學(xué)習(xí)方式。”他得到的回報就是免費(fèi)得到幾本翻譯的書。同時，王夢蛟還發(fā)表了很多中文研究文章。

1978年中國改革開放。學(xué)生可以去海外留學(xué)。王夢蛟也申請出國進(jìn)修，但沒有批準(zhǔn)。因為他對研究院的工作還是比較重要的。

在歐美

1982年，幾位科研人員想申請國外獎學(xué)金出國進(jìn)修。王夢蛟向法國國家科學(xué)院Jean－Baptiste Donnet教授和美國阿克隆大學(xué)Alan Gent教授提出申請，兩者都同意接收他。由于阿克隆大學(xué)不能立刻入學(xué)，王夢蛟選擇去法國跟Donnet教授一起工作。

兩年后，也就是1984年，在Donnet教授的指導(dǎo)下王夢蛟完成了他的博士論文。

答辯委員會中包括Leonard Mullins.

博士論文題目：Etude du renforcement des élastomères par les charges：effet exercé par l’emploi de silices modifiées par greffage de cha？nes hydrocarbonées

1985年初，王夢蛟去阿克隆大學(xué)做訪問教授，與Frank Kelley教授一起工作了18個月，Kelley至今仍記得王夢蛟。在此期間，王夢蛟的研究課題是天然膠和丁苯膠的交聯(lián)鍵結(jié)構(gòu)類型對撕裂性能時溫等效性的影響。項目由固特異贊助。論文在Kautsch。Gummi Kunsts發(fā)表。

白炭黑／硅烷偶聯(lián)劑體系研究

同時，在漢諾威的德國橡膠研究所正在建設(shè)中。根據(jù)研究所的要求，Donnet教授推薦王夢蛟去承擔(dān)一重要課題。他接受了這個職位，并且用18個月時間進(jìn)行填料表面能研究，從而創(chuàng)立了橡膠補(bǔ)強(qiáng)的新理論體系。王夢蛟在填料和聚合物相互作用及其對硫化膠性能影響的研究領(lǐng)域是一位先驅(qū)者。

很快，他的研究引起了德固賽的高級研究員及橡膠化學(xué)研發(fā)部門負(fù)責(zé)人Siegfried Wolff的注意。隨后王夢蛟與Wolff一起工作。那時德固賽正在研究白炭黑／硅烷偶聯(lián)劑體系，米其林尚未推出綠色輪胎。

在德固賽期間，王夢蛟發(fā)表了一系列關(guān)于橡膠／填料相互作用的文章。其中很多是與Wolff一起發(fā)表的。王夢蛟說：“在德固賽，我是做炭黑和白炭黑基礎(chǔ)理論研究的。”四年后，Wolff退休，那時正是1992年，米其林綠色輪胎的專利剛剛發(fā)表。

在卡博特

王夢蛟說德固賽的研究人員對應(yīng)用研究更感興趣。所以當(dāng)卡博特公司聯(lián)系他去美國做基礎(chǔ)研究工作時，他很高興，并同意加入卡博特研發(fā)中心。卡博特希望王夢蛟能夠發(fā)明一種新型炭黑填料與白炭黑競爭。

這涉及三方面的工作：

1、 1993年，我們用化學(xué)改性的方法對炭黑表面進(jìn)行改性；

2、 我們發(fā)明了一種碳／硅雙相炭黑。它可以與白炭黑媲美，并且耐磨性能更加優(yōu)異；

3、 建立炭黑／天然膠乳液相混煉理論體系。

同時，王夢蛟建立了填充橡膠動態(tài)性能理論體系。根據(jù)他的理論，影響填充膠料動態(tài)模量和滯后損失的關(guān)鍵因素是填料聚集。填料聚集少，硫化膠在高溫下的滯后損失低，輪胎的滾動阻力下降；但在低溫下的滯后損失高，輪胎的抗?jié)窕�性能改善。他認(rèn)為，可以從填料聚集的熱力學(xué)和動力學(xué)兩個方面來抑制填料聚集，上述理論載于下文：

M.－J. Wang， Effect of Polymer－Filler and Filler－Filler interactions on Dynamic Properties of Filled Vulcanizates” Rubber Chemistry and Technology， 71， 520～589 （1998）。

這篇文章已經(jīng)被引用981次（截至2019.7.12，引用次數(shù)為998）但是，仍有一個問題困擾著王夢蛟。第一代雙相填料低溫滯后損失和抗?jié)窕�性能的相關(guān)性很差，這用傳統(tǒng)的抗?jié)窕�理論不能解釋。因此�?994年到1999年，他用五年的時間研究輪胎的抗?jié)窕瑱C(jī)理。

他說，“那時我在尋找新的理論，如何改善輪胎的抗?jié)窕�性能�?rdquo;

他補(bǔ)充說，“大部分研究人員在討論抗?jié)窕�性能時忽略了水的作用。”他總結(jié)道，“我在卡博特建立了全新的理論體系。”這些理論發(fā)表在下列文章中：

M.－J. Wang and Y. Kutsovsky， Effect of fillers on wet skid resistance of tires. Part I. Water lubrication vs. filler－elastomer interactions， Rubber Chemistry and Technology， 81， 552～575 （2008）。

M.－J. Wang and Y。Kutsovsky， Effect of fillers on wet skid resistance of tires。Part II。Experimental observations on effect of filler－elastomer interactions on water lubrication， Rubber Chem。Technol.， 81， 576～599 （2008）。

文章中闡述了在輪胎抗?jié)窕�過程中水的彈性液動潤滑所起的作用及輪胎硫化膠表面組成的影響。

基于這一理論，卡博特發(fā)明了新一代碳／硅雙相填料。當(dāng)其用于胎面膠時，輪胎的滾動阻力和抗?jié)窕�性能與白炭黑相當(dāng)，但耐磨性能顯著改善。

王夢蛟另一項重要工作是對耐磨性能的研究。他發(fā)現(xiàn)，除填料的比表面積和結(jié)構(gòu)外，聚合物填料相互作用對耐磨性能有至關(guān)重要的影響。論文如下：

M.–J. Wang， Effect of filler－elastomer interaction on tire tread performance， Part III. Effect on Abrasion，Kautsch. Gummi Kunsts。， 61， 159 （2008）。

受此理論的啟發(fā)，卡博特發(fā)明了一種新的混煉工藝－連續(xù)液相混煉技術(shù)制備天然膠／炭黑母膠（又被稱作卡博特彈性復(fù)合材料，簡稱CEC）。

在CEC生產(chǎn)過程中，炭黑漿液和天然膠乳高速注入混合器中混合。根據(jù)王夢蛟提出的理論，在室溫高 能湍流條件下，橡膠和填料的混合和凝集在50毫秒內(nèi)完成，而且不需要任何添加劑。CEC工藝的關(guān)鍵就在于快速混合、凝集、高溫短時間干燥。在這種條件下，母膠中的填料和聚合物相互作用得以保護(hù)，橡膠降解亦得到有效抑制，具體細(xì)節(jié)可參考以下文章：

M. –J. Wang， T. Wang， J。Shell and K。Mahmud， NR／carbon black masterbatch produced with continuous liquid phase mixing。Kautsch。Gummi Kunsts.， 55， 388 （2002）。

CEC技術(shù)賣給了米其林，其產(chǎn)品的商業(yè)化名稱是“Carbion”。

在青島創(chuàng)立怡維怡橡膠研究院

2009年，王夢蛟從卡博特“退休”，時年69歲。隨后他在青島橡膠谷園區(qū)創(chuàng)立了怡維怡橡膠研究院，繼續(xù)他的研究。除基礎(chǔ)理論研究和應(yīng)用研究外，如硫化、老化、補(bǔ)強(qiáng)、流變、黏合等，研究院還發(fā)明了一種橡膠溶液／白炭黑連續(xù)液相混煉技術(shù)。

用此技術(shù)制備的母膠稱謂EVEC。其特點(diǎn)是填料均勻分散在橡膠基體中，填料和聚合物相互作用強(qiáng)，填料和填料相互作用弱，因而同時改善了輪胎的抗?jié)窕�、耐磨和燃油�?jīng)濟(jì)性，打破輪胎行業(yè)“魔鬼三角”。

九年后，研究院在基礎(chǔ)理論和工藝方面逐步完善了液相混煉技術(shù)，目前已經(jīng)投產(chǎn)并用于輪胎制造。

原文節(jié)選：

World's greatest living rubber scientist

David Shaw CEO at Tire Industry Research

Over the last few years, I have had the opportunity to meet with Prof. Dr Wang Meng-Jiao ("M-J") a number of times at his offices in Qingdao.

In researching this feature, I spoke with a number of his co-workers. The phrase  "world's best living rubber scientist" came up often during those conversations.

Because I think  M-J's profile is lower here in the West than it should be is that much of his work has been very commercially-sensitive, and also that the last decade or so- as well as the first few decades of his life- were spent in China.

He was a strong contributor to the development of Michelin's 'Green X' tire backin the 1990s, when Degussa developed silicas and silanes that delivered a frequency-dependent (temperature-dependent) hysteresis response in S_SBR.

He developed the theory of rubber fller andfllr-filler interaction that led to the invention that has led to subtantial improvements in the triangle of tire performance that links wet grip, rolling resistance and wear properties.

He's also been responsible for developing new test procedures for measuring silica dispersion and other measures.