3月13日,德国纺织和纤维研究所(DITF)宣布开发了一种新颖、环保且节约成本的木质素碳纤维生产工艺,其特点是节能潜力大,避免溶剂和使用天然原料使该工艺过程对环境无害。

新原料取代现有工艺

碳纤维通常由聚丙烯腈 (PAN) 以工业规模生产。纤维的稳定化和碳化发生在高温炉中,停留时间较长,这会消耗大量能源并使纤维变得昂贵。此外,还会产生有毒的副产品,这些副产品必须通过昂贵且耗能的过程,才能从生产过程中分离出来。

DITF 开发的一种新工艺可在所有这些工艺步骤中实现高效节能。用木质素取代聚丙烯腈用于生产前体纤维,后者在第二个工艺步骤中转化为碳纤维。木质素作为生产碳纤维的起始原料,迄今为止在工业生产中很少受到关注。它是一种廉价的原料,可大量获取,是造纸过程中的废品。

碳纤维的新方法

生产木质素纤维的新工艺以木质素水溶液为基础。为此,木材被分离成木质素和纤维素。亚硫酸盐消化过程可以生产溶解在水中的木质素磺酸盐。

纺丝是在所谓的干法纺丝工艺中进行的。在此过程中,挤出机通过喷嘴将纺丝物质压入加热的纺丝轴中,由此产生的连续纤维在纺纱轴中快速均匀地干燥。从水溶液中纺出木质素纤维——这是一种全新的环保路线,因为该过程根本不需要使用溶剂或有毒添加剂。

后续生产碳纤维的步骤,即在热空气中的稳定化和随后在高温炉中的碳化,与使用PAN作为原丝纤维时的常规工艺类似。然而,木质纤维在这里也显示出它们的优势,因为它们可以在带有热空气的烘箱中特别快速地稳定化,并且在碳化过程中只需要相对较低的温度。与 PAN 相比,这些工艺步骤的能源节省约为 50%,代表了真正的竞争优势。

DITF 开发出经济环保的木质素碳纤维生产工艺

水纺木质素纤维的技术优势

在生产木质素纤维的新工艺中,木材首先被分离成木质素和纤维素。亚硫酸盐消化过程可以生产溶解在水中的木质素磺酸盐,而木质素水溶液是纺制纤维的原料。

干法纺丝工艺可以实现高纺丝速度。因此,与 PAN 纤维相比,可以在更短的时间内生产出更多的材料。这是另一个竞争优势,但它不允许对木质素前体纤维的质量做出任何妥协:这些纤维实际上非常均匀,表面光滑且无粘连。这种结构特征有助于进一步加工成碳纤维,并最终加工成纤维复合材料。

综上所述,在新的纺丝工艺中获得的前躯体木质素纤维在成本效率和环境相容性方面比 PAN 纤维具有明显的优势。另一方面,由它们生产的碳纤维与PAN 纤维的机械性能几乎相当——它们与市售产品一样坚固、耐用且轻便。

由水纺木质素纤维制成的碳纤维可能对建筑和汽车行业的应用特别适用,这些应用极大地受益于其生产过程中成本的降低。

来源:DITF

原文网址:

https://www.ditf.de/en/index/current/press-releases/detail/carbon-fibers-from-lignin-a-new-process-for-economical-production.html

原文始发于微信公众号(艾邦复合材料网):DITF 开发出经济环保的木质素碳纤维生产工艺

作者 li, meiyong

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