目前世界橡胶领域最伟大的科学家

David Shaw， Tire Industry Research， CEO

 

过去几年，我跟王梦蛟博士（教授）在他青岛的办公室有过几次会面。

 

在调研过程中，我跟他的很多同事交流过。时常听到“他是目前世界橡胶领域中最伟大的科学家”。

王梦蛟博士的很多工作或者发明属于商业机密。而且，因为他橡胶生涯的前二十年和近十年都是在中国度过的，由于为人低调，国际上很多人对他所有的工作并不是很了解。

 

上世纪，德固赛首先将白炭黑和硅烷偶联剂应用于轮胎胎面配方，在此基础上，米其林于九十年代推出“绿色轮胎”，王梦蛟博士在德固赛工作期间，对绿色轮胎基础理论的研究做出了巨大贡献。

 

他建立了完整的理论体系，阐述橡胶／填料相互作用和填料／填料相互作用对填充硫化胶性能的影响。在此理论指导下，他发明了（橡胶溶液／填料）液相混炼，打破轮胎行业“魔鬼三角”，在提高轮胎的抗湿滑性能和耐磨性能的同时，降低轮胎的滚动阻力。

 

早期在中国

 

王梦蛟教授生于1940年，1964年毕业于山东大学物理化学专业，然后进入化工部北京橡胶工业研究设计院。

 

1977年之前，他用九年的时间研究橡胶老化，三年时间研究硫化，一年时间研究橡胶流变学。

 

那个时期，文化大革命席卷中国，中国也关闭了对外学术交流的大门。

 

每作一个课题，王梦蛟博士均找一些重要的外文参考书。业余时间，他把这些书 籍翻译成中文。对他来说这一方面是练习，另一方面可以更加深入地理解文献的内容。他翻译出版的第一本书是《硫化和硫化配合剂》（Werner Hofmann着），出版社认为翻译的还不错，因此让他继续进行翻译工作。他的第二本译作是《橡胶弹性物理学》（L.R. G. Treloar着）。之后他又翻译了三本橡胶专业书籍：《橡胶化学》（J. A. Brydson着）、《有规立构橡胶》（W. M. Saltman着）和《炭黑》（J－B. Donnet 和 A. Voet着）。

 

王梦蛟说：“我从翻译这些书中学到了很多知识。对那时的中国人来说，这是一种很好的学习方式。”他得到的回报就是免费得到几本翻译的书。同时，王梦蛟还发表了很多中文研究文章。

 

1978年中国改革开放。学生可以去海外留学。王梦蛟也申请出国进修，但没有批准。因为他对研究院的工作还是比较重要的。

 

在欧美

 

1982年，几位科研人员想申请国外奖学金出国进修。王梦蛟向法国国家科学院Jean－Baptiste Donnet教授和美国阿克隆大学Alan Gent教授提出申请，两者都同意接收他。由于阿克隆大学不能立刻入学，王梦蛟选择去法国跟Donnet教授一起工作。

 

两年后，也就是1984年，在Donnet教授的指导下王梦蛟完成了他的博士论文。

 

答辩委员会中包括Leonard Mullins.

 

博士论文题目：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，王梦蛟去阿克隆大学做访问教授，与Frank Kelley教授一起工作了18个月，Kelley至今仍记得王梦蛟。在此期间，王梦蛟的研究课题是天然胶和丁苯胶的交联键结构类型对撕裂性能时温等效性的影响。项目由固特异赞助。论文在Kautsch。Gummi Kunsts发表。

 

白炭黑／硅烷偶联剂体系研究

 

同时，在汉诺威的德国橡胶研究所正在建设中。根据研究所的要求，Donnet教授推荐王梦蛟去承担一重要课题。他接受了这个职位，并且用18个月时间进行填料表面能研究，从而创立了橡胶补强的新理论体系。王梦蛟在填料和聚合物相互作用及其对硫化胶性能影响的研究领域是一位先驱者。

 

很快，他的研究引起了德固赛的高级研究员及橡胶化学研发部门负责人Siegfried Wolff的注意。随后王梦蛟与Wolff一起工作。那时德固赛正在研究白炭黑／硅烷偶联剂体系，米其林尚未推出绿色轮胎。

 

在德固赛期间，王梦蛟发表了一系列关于橡胶／填料相互作用的文章。其中很多是与Wolff一起发表的。王梦蛟说：“在德固赛，我是做炭黑和白炭黑基础理论研究的。”四年后，Wolff退休，那时正是1992年，米其林绿色轮胎的专利刚刚发表。

 

在卡博特

 

王梦蛟说德固赛的研究人员对应用研究更感兴趣。所以当卡博特公司联系他去美国做基础研究工作时，他很高兴，并同意加入卡博特研发中心。卡博特希望王梦蛟能够发明一种新型炭黑填料与白炭黑竞争。

 

这涉及三方面的工作：

 

1、 1993年，我们用化学改性的方法对炭黑表面进行改性；

2、 我们发明了一种碳／硅双相炭黑。它可以与白炭黑媲美，并且耐磨性能更加优异；

3、 建立炭黑／天然胶乳液相混炼理论体系。

 

同时，王梦蛟建立了填充橡胶动态性能理论体系。根据他的理论，影响填充胶料动态模量和滞后损失的关键因素是填料聚集。填料聚集少，硫化胶在高温下的滞后损失低，轮胎的滚动阻力下降；但在低温下的滞后损失高，轮胎的抗湿滑性能改善。他认为，可以从填料聚集的热力学和动力学两个方面来抑制填料聚集，上述理论载于下文：

 

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）。

 

这篇文章已经被引用981次（截至2019.7.12，引用次数为998）但是，仍有一个问题困扰着王梦蛟。第一代双相填料低温滞后损失和抗湿滑性能的相关性很差，这用传统的抗湿滑理论不能解释。因此从1994年到1999年，他用五年的时间研究轮胎的抗湿滑机理。

 

他说，“那时我在寻找新的理论，如何改善轮胎的抗湿滑性能。”

 

他补充说，“大部分研究人员在讨论抗湿滑性能时忽略了水的作用。”他总结道，“我在卡博特建立了全新的理论体系。”这些理论发表在下列文章中：

 

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）。

 

文章中阐述了在轮胎抗湿滑过程中水的弹性液动润滑所起的作用及轮胎硫化胶表面组成的影响。

 

基于这一理论，卡博特发明了新一代碳／硅双相填料。当其用于胎面胶时，轮胎的滚动阻力和抗湿滑性能与白炭黑相当，但耐磨性能显着改善。

 

王梦蛟另一项重要工作是对耐磨性能的研究。他发现，除填料的比表面积和结构外，聚合物填料相互作用对耐磨性能有至关重要的影响。论文如下：

 

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

 

受此理论的启发，卡博特发明了一种新的混炼工艺－连续液相混炼技术制备天然胶／炭黑母胶（又被称作卡博特弹性复合材料，简称CEC）。

 

在CEC生产过程中，炭黑浆液和天然胶乳高速注入混合器中混合。根据王梦蛟提出的理论，在室温高 能湍流条件下，橡胶和填料的混合和凝集在50毫秒内完成，而且不需要任何添加剂。CEC工艺的关键就在于快速混合、凝集、高温短时间干燥。在这种条件下，母胶中的填料和聚合物相互作用得以保护，橡胶降解亦得到有效抑制，具体细节可参考以下文章：

 

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技术卖给了米其林，其产品的商业化名称是“Carbion”。

 

在青岛创立怡维怡橡胶研究院

 

2009年，王梦蛟从卡博特“退休”，时年69岁。随后他在青岛橡胶谷园区创立了怡维怡橡胶研究院，继续他的研究。除基础理论研究和应用研究外，如硫化、老化、补强、流变、黏合等，研究院还发明了一种橡胶溶液／白炭黑连续液相混炼技术。

 

用此技术制备的母胶称谓EVEC。其特点是填料均匀分散在橡胶基体中，填料和聚合物相互作用强，填料和填料相互作用弱，因而同时改善了轮胎的抗湿滑、耐磨和燃油经济性，打破轮胎行业“魔鬼三角”。

 

九年后，研究院在基础理论和工艺方面逐步完善了液相混炼技术，目前已经投产并用于轮胎制造。

 

原文节选：

 

 

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.