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新型复合材料推动木质素作为可再生3D打印材料

更新于:2019-01-03   来源:JEC   点击:85次

美国能源部橡树岭国家实验室的科学家已经开发出一种可再生3D打印原料的配方,可以为棘手的生物炼制副产品:木质素带来有利可图的新用途。

新型复合材料推动木质素作为可再生3D打印材料

新型复合材料推动木质素作为可再生3D打印材料

这项发现详见“科学进步”,通过创造木质素的新用途 - 生物质加工留下的材料,扩大了ORNL在降低生物制品成本方面的成就。木质素赋予植物刚性,并且还使生物质抗分解成有用的产品。

“寻找木质素的新用途可以提高整个生物精炼过程的经济效益,”ORNL项目主管Amit Naskar说。

研究人员将熔融稳定的硬木木质素与传统塑料,低熔点尼龙和碳纤维相结合,创造出一种复合材料,在印刷过程中具有恰当的挤出和焊缝强度特性,以及优异的机械性能。

这项工作很棘手。木质素很容易变焦; 与由石油基热塑性塑料制成的丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯(ABS)等主力复合材料不同,木质素只能加热到一定温度,以便从3D打印喷嘴进行软化和挤出。长时间暴露于热量会显着增加其粘度 - 它变得太厚而不易挤出。

但是当研究人员将木质素与尼龙结合起来时,他们发现了一个令人惊讶的结果:复合材料的室温刚度增加而其熔体粘度降低。木质素 - 尼龙材料的拉伸强度与单独的尼龙相似,并且实际上比传统的ABS或高抗冲聚苯乙烯具有更低的粘度。

新型复合材料推动木质素作为可再生3D打印材料

科学家们在高通量同位素反应堆中进行了中子散射,并在纳米材料科学中心(OREL的DOE科学用户设施办公室)使用先进的显微镜来探索复合材料的分子结构。他们发现木质素和尼龙的组合“似乎对复合材料几乎具有润滑或增塑作用,”Naskar指出。

“木质素的结构特征对于提高材料的3D可印刷性至关重要,”ORNL的Ngoc Nguyen说道,他参与了这个项目。  

科学家们还能够将更高百分比的木质素混合40%至50%(重量) - 这是寻求木质素基印刷材料的新成就。然后,ORNL科学家在混合物中添加了4%至16%的碳纤维。新复合材料更容易加热,流速更快,印刷速度更快,产品更坚固。

“ORNL在材料表征和合成方面的世界级能力对于将木质素等副产品转化为副产品,为工业创造潜在的新收入来源以及为先进制造创造新型可再生复合材料的挑战至关重要,”能源副实验室主任Moe Khaleel说。和环境科学。

木质素 - 尼龙复合材料正在申请专利,目前正致力于改进材料并寻找其他加工方法。ORNL研究团队还包括Sietske Barnes,Christopher Bowland,Kelly Meek,Kenneth Littrell和Jong Keum。该研究由美国能源部能源效率和可再生能源办公室的生物能源技术办公室资助。


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