使用环保水溶性前体的碳纤维生产

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 聚合物化学 聚合物化学
• 可持续制造 可持续制造 可持续制造

背景情况:

• 碳纤维 (CF) 是一种重要的轻质材料,主要来自聚烯 (PAN).
• 基于PAN的CF (PAN-CF) 生产涉及危险的有机溶剂和能源密集型工艺,导致大量的二氧化碳排放.
• 需要可持续且具有成本效益的前体,用于高性能CF.

研究的目的:

• 引入水性聚烯胺 (aqPAM) 纤维作为碳纤维生产的新型水溶性前体.
• 与PAN-CF相比,评估从aqPAM衍生出的CF的性能.
• 评估基于aqPAM的CF生产过程对环境的影响,特别是二氧化碳排放.

主要方法:

• 使用水作为溶剂的aqPAM的聚合和干.
• 将酸纳入aqPAM以促进热稳定.
• 碳化aqPAM纤维以产生CF.
• 结果CF的机械性能 (拉力强度,拉力模量) 的表征.
• 碳产量和二氧化碳排放与PAN-CF生产的比较.

主要成果:

• aqPAM纤维成功地被制备并转化为碳化CF.
• 添加酸显著减少了热稳定时间,增加了碳产量.
• 由此产生的基于aqPAM的CF表现出高拉伸强度和模量,与PAN-CF.
• 与传统的PAN-CF生产相比,开发的工艺证明了二氧化碳排放的减少.

结论:

• 水性多烯胺 (aqPAM) 是生产高性能碳纤维的可行和可持续的前体.
• 基于aqPAM的工艺为环境带来了好处,包括减少二氧化碳排放和能源消耗.
• 这一进步为传统的基于PAN的碳纤维生产提供了一个有希望的替代方案.