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近日，DITF开发出一种新型、既环保又节约成本的木质素基碳纤维生产工艺，该工艺具有高节能潜力，且因避免采用溶剂使该工艺具有环境友好特性。 目前市场上的碳纤维通常以工业规模的聚丙烯腈（PAN）来生产。PAN前驱体纤维在稳定化和碳化处理过程中，需要在高温炉中停留很长时间，这会大量消耗能量，并使纤维变得昂贵。此外，生产过程中产生的有毒副产品从生产过程中分离出来，这是一个昂贵和能源密集型的过程。 DITF开发的这种新工艺能够在所有上述工艺步骤中实现高节能。首先，使用木质素来代替聚丙烯腈生产前驱体纤维，然后，在第二个工艺步骤中将其转化为碳纤维。木质素作为生产碳纤维的原料，目前在工业生产中受到的关注较少。它是一种廉价的原材料，量大、易得，是造纸过程中产生的废料。 木质素纤维的新生产工艺是以木质素水溶液为基础的。为了达到这个目的，木材被分离成木质素和纤维素。亚硫酸盐消化过程可以产生溶于水的木质素磺酸盐。
纺丝在所谓的干法纺丝过程中进行。在这个过程中，挤出机通过喷嘴将纺丝物料压入加热的纺丝轴，得到的连续纤维在纺丝轴中快速而均匀地干燥，从水溶液中纺制得到木质素纤维，这是一种全新的环保路线，因为该过程完全不需要使用溶剂或有毒添加剂。 后续的碳纤维生产包括以下步骤，即热空气中的稳定化和随后在高温炉中的碳化，与PAN用作前驱体纤维时的常规工艺类似。但是，木质素纤维在这里也显示出它们的优势，因为它们可以在热炉中特别快速地实现稳定化，并且在碳化过程中只需要相对较低的温度。与PAN前驱体纤维相比，这些工艺步骤中的能量节省约为50%，并具有真正的竞争优势。 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，然后经亚硫酸盐消化产生溶于水的木质素磺酸盐，而含有木质素的水溶液是纺丝纤维的起始材料。 干法纺丝工艺可实现高纺丝速度。因此，与PAN前驱体纤维相比，可以在更短的时间内生产更多的材料，这是另一个竞争优势，但它不允许对木质素纤维的质量做出任何妥协：事实上，这些纤维非常均匀，表面光滑，没有粘连。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驱体木质素纤维在成本效率和环境兼容性方面显示出优于PAN纤维的明显优势。另一方面，用它们生产的碳纤维的机械性能几乎与PAN基碳纤维相当，即：木质素基碳纤维与市面上的产品一样坚固、耐腐蚀和轻便。 这种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优异，这些行业将极大地受益于其生产过程中的低成本。 |
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