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。能源部橡樹嶺國家實驗室(ORNL)的研究人員通過開發(fā)一種非常適合添加劑制造的新型復(fù)合材料，實現(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)加工過程中遺留下來的。該材料賦予植物剛性，并且還使生物質(zhì)抗分解。他們在ORNL新聞稿中描述了他們的工作。

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他們說，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，低熔點尼龍和碳纖維)結(jié)合起來，形成了一種復(fù)合材料，在印刷過程中具有適合擠出和層間焊接強度的特性。ORNL能源與環(huán)境科學(xué)副實驗室主任Moe Khaleel表示，該復(fù)合材料還具有優(yōu)異的機械性能。

研究人員發(fā)表論文，詳細說明他們在該雜志工作科學(xué)進展。

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

研究人員表示，該團隊的工作并非沒有挑戰(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打印噴嘴進行軟化和擠出。他們說，這是因為長時間暴露在高溫下會顯著增加木質(zhì)素的粘度，使其對于有用的擠出而言太厚。

該團隊通過將木質(zhì)素與尼龍相結(jié)合，成功開發(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，同時降低了其熔體粘度，該項目的負責(zé)人Amit Naskar表示。

此外，木質(zhì)素 - 尼龍材料的拉伸強度與單獨的尼龍相似，實際上比傳統(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)家們通過在高通量同位素反應(yīng)器中進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)中心使用先進的顯微鏡。他們發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素和尼龍的組合“似乎對復(fù)合材料幾乎具有潤滑或增塑作用，”Naskar說。

事實上，通過研究結(jié)構(gòu)特征，該團隊能夠提高材料的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，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，結(jié)果是復(fù)合材料更容易加熱，流動更快，印刷速度更快，產(chǎn)品更堅固。

研究人員表示，ORNL團隊正在申請其木質(zhì)素 - 尼龍復(fù)合材料專利，并計劃繼續(xù)改進材料，并尋找其他方法加工。

Elizabeth Montalbano是一位自由撰稿人，撰寫了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業(yè)記者生活和工作。在空閑時間，她喜歡沖浪，旅游，音樂，瑜伽和烹飪。她目前居住在葡萄牙西南海岸的一個村莊。