Композиционный материал из лигнина и нейлона для аддитивного производства

Coatings Today
20.03.2019 388

Специалисты лаборатории ORNL создали состав, способствующий развитию нового прибыльного применения неперерабатываемого побочного продукта биопереработки — лигнина.

«Поиск новых возможностей для использования лигнина может повысить экономику всего процесса биопереработки», — говорит Амит Наскар из Национальной лаборатории Ок-Ридж при Министерстве энергетики, руководитель проекта, в рамках которого ученые из лаборатории ORNL создали формулу возобновляемого сырья для 3D-печати, предлагающую новое выгодное использование лигнина — материала, остающегося после обработки биомассы. Лигнин придает растениям устойчивость, а также не позволяет превратить биомассу в полезные продукты.

Состав, предложенный исследователями, сочетает в себе устойчивый к плавлению лигнин древесины твердых пород с легкоплавким нейлоном и углеродным волокном, и позволяет создать композиционный материал, который, согласно заявлениям, обладает идеальными характеристиками для экструзии, прочностью сварного шва между слоями в процессе печати, а также отличными механическими свойствами. Это весьма тонкая работа, поскольку лигнин легко обугливается. В отличие от таких широко используемых композиционных материалов, как акрилонитрилбутадиенстирол, лигнин можно нагреть только до определенной температуры для размягчения и выдавливания из сопла 3D-принтера. Продолжительное воздействие тепла значительно повышает его вязкость, что затрудняет выдавливание.

Однако когда команда специалистов ORNL объединила лигнин с нейлоном, они были приятно удивлены, обнаружив, что жесткость композита при комнатной температуре увеличилась, а вязкость в расплавленном состоянии снизилась. Фактически, композиционный материал из лигнина и нейлона показал предел прочности, сходный с одним только нейлоном, а вязкость оказалась ниже стандартных значений для акрилонитрилбутадиенстирола или ударопрочного полистирола.

Ученые провели рассеяние нейронов в высокопоточном ядерном реакторе для производства изотопов и воспользовались передовыми средствами микроскопии в Центре наноматериаловедения на базе Управления научно-исследовательских объектов при Министерстве энергетики в ORNL, чтобы изучить молекулярную структуру композиционного материала. Они пришли к следующим заключениям: По словам Наскара, сочетание лигнина и нейлона «оказало на композит почти смазывающее или пластифицирующее действие».  Его коллега Нгок Нгуен добавила: «Структурные характеристики лигнина критически важны для повышения пригодности материалов к 3D-печати».

Ученым из ORNL также удалось ввести лигнин в большем процентном соотношении (40-50 вес.%), что оказалось новым достижением в разработке печатного материала на основе лигнина. Затем в состав добавили 4-16% углеродного волокна. Новый композиционный материал легче нагревается, быстрее течет, что увеличивает скорость печати и повышает прочность изделия. Патентная заявка на новый композиционный материал находится на рассмотрении, и ведутся работы по усовершенствованию материала и поиски других способов его обработки. В команду ученых из ORNL также входили Ситске Барнс, Кристофер Бауленд, Келли Мик, Кеннет Литтрелл и Джонг Кеум. Исследования финансировались подразделением биоэнергетических технологий под руководством Управления по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии при Министерстве энергетики.

«Возможности ORNL по получению характеристик и синтезу материалов находятся на высочайшем уровне и позволяют превращать такие побочные продукты, как лигнин, в полезные компоненты, создавая тем самым новые потенциальные каналы дохода для промышленности и изобретая новые возобновляемые композиционные материалы для передового производства», — говорит Мо Халил, первый помощник директора лаборатории, занимающейся вопросами энергетики и окружающей среды. 

Лаборатория ORNL подчиняется компании UT-Battelle при Управлении по науке Министерства энергетики, являющейся самым крупным спонсором фундаментальных исследований в области естественных наук в США.

Связаться с нами

Готово, ваша заявка успешно отправлена.
Ошибка, попробуйте обновить страницу и попробовать снова.

Вам будет интересно

Выставка «Металлообработка» переносится на 2021 год
Выставка «Металлообработка» переносится на 2021 год
Ввиду неблагоприятного развития эпидемиологической ситуации на территории России и в мире, мы вынуждены объявить о…
Coatings Today
20.05.2020
368
Открылась регистрация посетителей на выставку ExpoCoating Moscow 2023
Открылась регистрация посетителей на выставку ExpoCoating Moscow 2023
Международная выставка материалов и оборудования для обработки поверхности, нанесения покрытий и гальванических производств
07.06.2023
165
Повышенная стойкость к царапанию автомобильныx прозрачных покрытий
Повышенная стойкость к царапанию автомобильныx прозрачных покрытий
Ученые рассказали о повышении износостойкости автомобильных прозрачных покрытий путем модификации сшитой полиуретановой сетки разветвленными гибкими…
16.02.2022
479
Экстракт листьев манго может предотвратить коррозию стали: исследование
Экстракт листьев манго может предотвратить коррозию стали: исследование
Пытаясь разработать безопасную для окружающей среды альтернативу, исследователи из Национального института смежных наук и технологий,…
Coatings Today
11.07.2019
383
Клапаны DN125 и DN250 для головного ледокола проекта 22220 от завода «Знамя Труда»
Клапаны DN125 и DN250 для головного ледокола проекта 22220 от завода «Знамя Труда»
Регулирующие клапаны соответствует требованиям «Правил классификации и постройки морских судов» и имеют свидетельство типового одобрения…
Coatings Today
07.11.2018
394
5 направлений аддитивного производства на 2020 год
5 направлений аддитивного производства на 2020 год
В 2019 году мы увидели множество новых применений 3D-печати. Чего же ожидать промышленности в 2020…
Coatings Today
21.01.2020
627
Полимерное покрытие соединяет металлические имплантаты с костями человека
Полимерное покрытие соединяет металлические имплантаты с костями человека
Как сообщается в пресс-релизе AlphaGalileo, титановый имплантат покрывают пространственной разветвленной наноструктурой (дендример), которая выступает в…
Coatings Today
08.09.2020
365
Hempel обеспечивает защиту культовому мосту «Квинсферри Кроссинг»
Hempel обеспечивает защиту культовому мосту «Квинсферри Кроссинг»
Ведущий поставщик покрытий мирового уровня Hempel предоставил инновационные решения для прочного антикоррозионного покрытия вантового моста…
Coatings Today
16.03.2018
395
Улучшенные огнеупорные и гидрофильные свойства тканей из полиамида 66
Улучшенные огнеупорные и гидрофильные свойства тканей из полиамида 66
Ученые разработали гибридное покрытие, получаемое путем осаждения двух слоев и применения золь-гель процесса. Такое покрытие…
Coatings Today
18.06.2019
358