高标准技术引领 快步伐全力争锋 ——专访神州轮胎研发代工中心主任曹建苹及其团队

神州轮胎研发代工中心（部分研发人员）

“研发代工”是北京石墨烯研究院在体制机制创新方面的重要尝试，旨在解决企业研究能力不足、科研机构成果转化效率低、以及科技经济两张皮的难题。经过两年多的探索与发展，研发代工项目不断精益求精，稳步向前，其中以神州轮胎研发代工中心为代表的项目成为步伐最快的研发代工试验田。神州轮胎研发代工中心在项目启动后短短几个月内科研进展迅速，通过石墨烯材料的改性、分散工艺和复合技术，在航空轮胎胎面胶材料指标上取得重大突破，并完成石墨烯载重轮胎试制。

神州轮胎研发代工中心主任  曹建苹

2014年6月获得北京科技大学材料合材化学专业博士学位。毕业后一直致力于研究石墨烯、高分子材料的改性，从事高分子复合材料的力学、导热、阻燃等方面的研究工作，具有近10年石墨烯材料开发及技术应用经验。承担北京市优秀博士学位论文培育基金1项，院企合作项目、自筹项目4项；参与973项目1项，北京市科技计划课题2项，国家自然科学基金2项。截止目前在国内外期刊上共发表论文13篇，其中第一作者发表论文6篇，通讯作者发表论文2篇。申请专利23项，其中发明专利19项，授权4项，实用新型4项，授权4项。

同乘一条船 共造“中国胎”

作为一架重达几百吨的民航客机，要想把这个大家伙送上天，绝非易事，所需要的动力是人们无法想象的，可即便如此庞大的机身，所承重的飞机轮胎只有几个到十几个不等，和庞大的机身相比，轮胎实在是小得可怜，因此飞机轮胎的性能至关重要，需要具备负荷大、速度高、充气内压高、下沉变形量大、短时宽温域等特点。

为了便于理解，曹建苹举例道：空客320轮胎主起落架轮胎额定速度362 km/h，额定负荷21 t，额定内压1.5 MPa，最大冲击变形下沉量为32%-35%。大载荷和高速度共同导致作用在飞机轮胎上的离心力很大。在高速滑跑阶段，轮胎因高旋转、圆周畸变而产生的牵引波频率达160 Hz。高速周向、侧向力作用使轮胎发生周期性压缩、伸张和剪切变形，短时因材料的粘弹性生热导致轮胎内部温度可达160 ℃，轮胎高速摩擦可使表面温度从低至-50 ℃的环境温度迅速上升到200 ℃以上，并瞬时氧化降解引起燃烧，产生明显火花。航空轮胎在经受非常大的温度和速度变化的同时，特别是在着陆时，轮胎要从零度升高到非常高的温度，会产生相当大的热量和磨耗。而胎面是轮胎上唯一与路面接触的部位，不论是起飞、滑行、停车都要通过胎面与路面“沟通”，胎面的使用寿命也直接关系到飞机轮胎的寿命。

在轮胎制造领域，航空轮胎被称为行业金字塔的顶端产品，对轮胎企业的研发能力、技术水平和制造工艺有着近乎苛刻的要求。受技术所限，我国国产民用航空轮胎领域常年空白。根据中国民航局行业发展统计公报，我国民用航空飞机数量2019年年底已到3818架，但这些飞机使用的全部是米其林、普利司通和固特异等国外飞机品牌轮胎，甚至国产大飞机C919轮胎的起降承受次数达不到应用要求，目前没有一条国产大飞机轮胎，主要原因在于胎面胶材料的抗撕裂性能、耐磨性能及压缩生热性能较差。石墨烯是已知材料中强度最高的新材料，且具有很好的导热性能，是解决大飞机轮胎用胎面胶性能的理想材料。因此，宁夏神州轮胎有限公司与北京石墨烯研究院经过多次交流沟通，于2020年8月11日正式签约成立了BGI-神州轮胎研发代工中心。双方齐心协力，致力于研发出有自主知识产权的大飞机轮胎，打破国外技术的垄断，填补国内子午线航空轮胎的技术空白，使国产大飞机用上安全可靠的“中国胎”，从而提升民族工业的国际竞争力。

物尽其用 人尽其才

BGI-神州轮胎研发代工中心成立之初，中心成员的专业背景主要集中在石墨烯材料制备、性质、功能化，高分子材料合成、改性、结构、性能研究方面，但是这对于对技术要求严苛的飞机轮胎来说，没有专业的橡胶材料人才是很难使项目以高标准的要求顺利进行的，于是，曹建苹本着科研的严谨性，技术的专业性，引入了2名在橡胶配方设计，尤其在轮胎产品的配方设计、制备方面具有丰富工作经验的成员，从而形成了科研闭环。目前中心现有成员构成为：主任——曹建苹，项目组长——王辉、李华民、刘晓晨，研发工程师——张世鑫、刘海舟、宋晨晓等。

众所周知，石墨烯具有优异的力学、导热、导电性能，但简单的将石墨烯加入橡胶中，不但不能提高橡胶的性能，反而会成为缺陷，降低材料的性能。为此，中心成员经过多次调研讨论交流后，曹建苹主任将中心成员分为纳米材料分散组、石墨烯-橡胶界面设计组和轮胎配方优化组三个项目组，同时，调用每组成员中的一人兼顾其它项目小组任务，这样使得三个项目组既能独立工作，又能相互合作，充分发挥中心成员特长，保质保量完成任务。

齐心协力 攻坚克难

研发代工是BGI在体制机制方面的重要尝试，正如刘忠范院士、张锦院士所说：作为研发代工中心，我们必须与企业紧密结合，避免出现“闭门造车”、研究成果不接地气的问题。曹建苹带领神州轮胎研发代工中心成员，实践和完善“研发代工”新模式，在充分发挥BGI在石墨烯领域的前瞻研发实力的基础上，与神州轮胎有限公司密切协作交流，一起讨论实验方案及科研中遇到的问题，共同研究解决方案，相互间取长补短，一起调研市场情况，探究当前我国科技与经济“两张皮”的难题。

在这样的合作模式下，经过接近一年的研究，大飞机石墨烯航空轮胎胎面胶复合材料取得了重大突破，胎面胶用复合材料技术指标除磨耗外，其它指标均已达标，胎面胶性能指标完成率80%，比预期进度提前30%。经过多次配方调整优化后，对石墨烯胎面胶工艺进行了放大，顺利生产出10条石墨烯载重轮胎。石墨烯胎面胶的耐磨性提升了60%，可使载重轮胎行驶里程从30万公里提升至50万公里。并且，由于少量石墨烯替代了大量炭黑，得到的石墨烯轮胎胎面胶断面气孔率比正常胎面明显减少，这对轮胎的行驶安全性和使用寿命的提升尤为重要。

一个梦想 一个团队 一起成长

如果没有一份从骨子里散发出来的热爱，就不会有这样一群执着科研的人；如果没有切身的体验，就不会有这样一群脑洞大开，为航空事业献身的人；如果没有共同的信念，就不会有这样高效、开放、默契的实践着石墨烯轮胎梦的团队。虽然前路艰辛，但他们相信：经过大家的努力，自主研发的航空轮胎一定可以承载“中国梦”，翱翔蓝天。

前路漫漫，道阻且长，行则将至，做则必成！希望BGI-神州轮胎研发代工中心继续保持严要求、高标准、快步伐的团队精神，立足新的起点、开创新的辉煌。