生物精煉廢料可用于3D打印

能源部的研究人員使用木質(zhì)素作為生物煉制行業(yè)的副產(chǎn)品，作為新型復(fù)合材料的一部分，非常適合3D打印工藝?？茖W(xué)家們一直在尋找減少工業(yè)廢物的方法，將其作為一種潛在的選擇用于其他目的。能源部橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ORNL)的研究人員通過(guò)開(kāi)發(fā)一種非常適合添加劑制造的新型復(fù)合材料，實(shí)現(xiàn)了難以處理的生物煉制副產(chǎn)品木質(zhì)素。

研究人員表示，木質(zhì)素是生物質(zhì)加工過(guò)程中遺留下來(lái)的。該材料賦予植物剛性，并且還使生物質(zhì)抗分解。他們?cè)贠RNL新聞稿中描述了他們的工作。

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他們說(shuō)，ORNL的科學(xué)家將熔融穩(wěn)定的硬木木質(zhì)素與其他材料(常規(guī)塑料，低熔點(diǎn)尼龍和碳纖維)結(jié)合起來(lái)，形成了一種復(fù)合材料，在印刷過(guò)程中具有適合擠出和層間焊接強(qiáng)度的特性。ORNL能源與環(huán)境科學(xué)副實(shí)驗(yàn)室主任Moe Khaleel表示，該復(fù)合材料還具有優(yōu)異的機(jī)械性能。

研究人員發(fā)表論文，詳細(xì)說(shuō)明他們?cè)谠撾s志工作科學(xué)進(jìn)展。

“ORNL在材料表征和合成方面的世界級(jí)能力對(duì)于將木質(zhì)素等副產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為副產(chǎn)品，為工業(yè)創(chuàng)造潛在的新收入來(lái)源以及為先進(jìn)制造創(chuàng)造新型可再生復(fù)合材料的挑戰(zhàn)至關(guān)重要，”他說(shuō)。

研究人員表示，該團(tuán)隊(duì)的工作并非沒(méi)有挑戰(zhàn)。木質(zhì)素不是一種易于使用的材料;它易于加熱，只能加熱到一定溫度，以便從3D打印噴嘴進(jìn)行軟化和擠出。他們說(shuō)，這是因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間暴露在高溫下會(huì)顯著增加木質(zhì)素的粘度，使其對(duì)于有用的擠出而言太厚。

該團(tuán)隊(duì)通過(guò)將木質(zhì)素與尼龍相結(jié)合，成功開(kāi)發(fā)出3D打印復(fù)合材料。令他們驚訝的是，這種組合增加了復(fù)合材料的室溫剛度，同時(shí)降低了其熔體粘度，該項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人Amit Naskar表示。

此外，木質(zhì)素 - 尼龍材料的拉伸強(qiáng)度與單獨(dú)的尼龍相似，實(shí)際上比傳統(tǒng)的ABS或高抗沖聚苯乙烯等3D印刷聚合物具有更低的粘度。

為了理解材料組合反應(yīng)的原因，科學(xué)家們通過(guò)在高通量同位素反應(yīng)器中進(jìn)行中子散射研究其分子結(jié)構(gòu)，并在ORNL的納米材料科學(xué)中心使用先進(jìn)的顯微鏡。他們發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素和尼龍的組合“似乎對(duì)復(fù)合材料幾乎具有潤(rùn)滑或增塑作用，”Naskar說(shuō)。

事實(shí)上，通過(guò)研究結(jié)構(gòu)特征，該團(tuán)隊(duì)能夠提高材料的3D可印刷性，ORNL的另一位合作伙伴Ngoc Nguyen表示。

具體而言，它們混合了較高百分比的木質(zhì)素-40至50重量% - 4%至16%的碳纖維。Nguyen說(shuō)，木質(zhì)素百分比代表了尋求木質(zhì)素印花的新成就。研究人員說(shuō)，結(jié)果是復(fù)合材料更容易加熱，流動(dòng)更快，印刷速度更快，產(chǎn)品更堅(jiān)固。

研究人員表示，ORNL團(tuán)隊(duì)正在申請(qǐng)其木質(zhì)素 - 尼龍復(fù)合材料專(zhuān)利，并計(jì)劃繼續(xù)改進(jìn)材料，并尋找其他方法加工。

Elizabeth Montalbano是一位自由撰稿人，撰寫(xiě)了20年的技術(shù)和文化。她曾在鳳凰城，舊金山和紐約市作為專(zhuān)業(yè)記者生活和工作。在空閑時(shí)間，她喜歡沖浪，旅游，音樂(lè)，瑜伽和烹飪。她目前居住在葡萄牙西南海岸的一個(gè)村莊。