3月13日，德國紡織和纖維研究所（DITF）宣布開發(fā)了一種新穎、環(huán)保且節(jié)約成本的木質(zhì)素碳纖維生產(chǎn)工藝，其特點是節(jié)能潛力大，避免溶劑和使用天然原料使該工藝過程對環(huán)境無害。
碳纖維通常由聚丙烯腈 (PAN) 以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。纖維的穩(wěn)定化和碳化發(fā)生在高溫爐中，停留時間較長，這會消耗大量能源并使纖維變得昂貴。此外，還會產(chǎn)生有毒的副產(chǎn)品，這些副產(chǎn)品必須通過昂貴且耗能的過程，才能從生產(chǎn)過程中分離出來。
DITF 開發(fā)的一種新工藝可在所有這些工藝步驟中實現(xiàn)高效節(jié)能。用木質(zhì)素取代聚丙烯腈用于生產(chǎn)前體纖維，后者在第二個工藝步驟中轉(zhuǎn)化為碳纖維。木質(zhì)素作為生產(chǎn)碳纖維的起始原料，迄今為止在工業(yè)生產(chǎn)中很少受到關(guān)注。它是一種廉價的原料，可大量獲取，是造紙過程中的廢品。
生產(chǎn)木質(zhì)素纖維的新工藝以木質(zhì)素水溶液為基礎。為此，木材被分離成木質(zhì)素和纖維素。亞硫酸鹽消化過程可以生產(chǎn)溶解在水中的木質(zhì)素磺酸鹽。
紡絲是在所謂的干法紡絲工藝中進行的。在此過程中，擠出機通過噴嘴將紡絲物質(zhì)壓入加熱的紡絲軸中，由此產(chǎn)生的連續(xù)纖維在紡紗軸中快速均勻地干燥。從水溶液中紡出木質(zhì)素纖維——這是一種全新的環(huán)保路線，因為該過程根本不需要使用溶劑或有毒添加劑。
后續(xù)生產(chǎn)碳纖維的步驟，即在熱空氣中的穩(wěn)定化和隨后在高溫爐中的碳化，與使用PAN作為原絲纖維時的常規(guī)工藝類似。然而，木質(zhì)纖維在這里也顯示出它們的優(yōu)勢，因為它們可以在帶有熱空氣的烘箱中特別快速地穩(wěn)定化，并且在碳化過程中只需要相對較低的溫度。與 PAN 相比，這些工藝步驟的能源節(jié)省約為 50%，代表了真正的競爭優(yōu)勢。
在生產(chǎn)木質(zhì)素纖維的新工藝中，木材首先被分離成木質(zhì)素和纖維素。亞硫酸鹽消化過程可以生產(chǎn)溶解在水中的木質(zhì)素磺酸鹽，而木質(zhì)素水溶液是紡制纖維的原料。
干法紡絲工藝可以實現(xiàn)高紡絲速度。因此，與 PAN 纖維相比，可以在更短的時間內(nèi)生產(chǎn)出更多的材料。這是另一個競爭優(yōu)勢，但它不允許對木質(zhì)素前體纖維的質(zhì)量做出任何妥協(xié)：這些纖維實際上非常均勻，表面光滑且無粘連。這種結(jié)構(gòu)特征有助于進一步加工成碳纖維，并最終加工成纖維復合材料。
綜上所述，在新的紡絲工藝中獲得的前軀體木質(zhì)素纖維在成本效率和環(huán)境相容性方面比 PAN 纖維具有明顯的優(yōu)勢。另一方面，由它們生產(chǎn)的碳纖維與PAN 纖維的機械性能幾乎相當——它們與市售產(chǎn)品一樣堅固、耐用且輕便。
由水紡木質(zhì)素纖維制成的碳纖維可能對建筑和汽車行業(yè)的應用特別適用，這些應用極大地受益于其生產(chǎn)過程中成本的降低。
來源：DITF
原文網(wǎng)址：
https://www.ditf.de/en/index/current/press-releases/detail/carbon-fibers-from-lignin-a-new-process-for-economical-production.html
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