【复合材料资讯】研究人员利用牛皮纸木质素制作低成本碳纤维

2020-11-12

【复合材料】

汽车所消耗的燃油量不仅与发动机性能有关,还与汽车的重量相关,由于汽车的碳排放量对全球气候有较大影响,因此通过降低汽车重量进而减少燃油量也是众多研究人员的研究方向。


最近发表的一项研究中,来自日本金泽大学的研究人员对一种工业废弃物进行了化学改性,并将其加工成一种轻质结构材料。这一成果有望降低汽车等的燃油量,进而提高燃油经济性。

研究人员从常见的木材制浆过程中的副产品—牛皮纸木质素入手。造纸厂通常会燃烧牛皮纸木质素来发电,因为它很难有其他任何用途。将牛皮纸木质素化学加工成更有用的材料,将改善造纸生产的环境可持续性。


"我们对牛皮纸木质素聚合物进行了一种称为乙酰化的化学改性,"研究人员说。"优化乙酰化的程度对我们的研究工作至关重要。"


受控反应对于优化牛皮纸木质素与另一种名为聚丙烯腈的聚合物兼容的能力非常重要,从而制备高质量的碳纤维,创建工程复合材料。如果乙酰化太少或太多,碳纤维的质量就会很低。


"我们的反应相当温和,只产生了一种良性的副产物—丙酮,而没有改变牛皮纸木质素的多分散性,"研究人员解释道。"因此,我们能够将牛皮纸木质素与聚丙烯腈混合,以获得含有更多相容性聚合物段的电纺纱用涂料溶液,并最终制造出高质量的碳纤维。"


研究人员的碳纤维垫子含有细密均匀的纤维,而没有因为热处理而降低纤维质量。事实上,与未改性的牛皮纸木质素相比,通过使用改性聚合物,纤维垫的机械强度提高了近3倍。


"我们纤维的机械性能归功于材料的定制石墨结构,"研究人员解释说。"这一结果是由于改善了聚合物相互作用,导致聚合物网络更加对齐,然后进行热处理。"


工程复合材料在航天器、汽车、塑料、混凝土和许多其他产品和技术中很常见。当这些研究人员将制备新型碳纤维的成本降到最低时,也许未来的车辆会更轻、更耐用、更省油。鉴于每个行业都会使用交通工具,每个人都会省钱,每个企业都会更加环保可持续发展。


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