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新材料!ORNL木质素-尼龙3D打印复合材料

2018/12/29 18:14:52人浏览

木质素是植物细胞壁中的有机聚合物,刚性非常好。美国橡树岭国家实验室(ORNL)能源部发现,将木质素与尼龙混合后,可以使用FDM(熔融沉积成形)3D打印机加工生产。

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木质素是生物精炼的副产品,一般是从生物质中提取燃料和化学品之后剩余的产物,因此如果能充分利用这种附加产品,将能为各行各业带来巨大的增值,项目负责人阿密特·纳斯卡指出:“寻找木质素的新应用,可提高整个生物精炼过程的经济性。”

木质素的熔融性质比不上ABS和PLA等热塑性塑料,因为木质素在加热时变粘稠,对挤出非常不利。然而,当木质素与尼龙结合时,它的熔体粘度会急剧下降。木质素-尼龙复合材料的拉伸强度与尼龙本身相似,但粘度低于ABS。通过使用高通量同位素反应器和纳米材料科学中心的高级显微镜,研究人员对中子散射的3D打印进行了分析,发现添加尼龙材料似乎对复合材料有润滑或塑化的作用。

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样品中木质素的含量高达50%,刷新了有机聚合物实验领域的记录。随后研究人员将碳纤维添加到复合材料中,改善了材料整体的加热特性,提高了打印速度,同时使部件更坚固。木质素-尼龙复合材料正在申请专利,但样品的打印质量反映出一些需要细化的问题,因此在批量生产之前还需要进一步调整。

“这一发现对于创造新型可再生复合材料,提供新收入来源来说,意义重大。”能源与环境科学实验室副主任莫·卡里尔表示。