斯特拉斯克莱德大学苏格兰国家制造研究所 (NMIS) 内的专业技术中心轻型制造中心 (LMC) 主任伊恩·邦弗雷 (Iain Bomphray) 谈到了他的团队在碳纤维方面的工作。
对更轻产品的需求不断增加
随着世界寻求减少二氧化碳排放量以满足环境目标，对轻量化制造的需求比以往任何时候都大，导致各行各业对碳纤维等材料的需求不断增长，包括汽车和航空航天。 Iain Bomphray，轻量制造中心 (LMC) 主任 – 由 NMIS 提供 通过在制造中使用碳纤维可以显着减轻重量。据东丽研究，如果日本所有乘用车和飞机都采用碳纤维来减轻重量和提高燃油效率，2200万吨可以节省 CO2。到目前为止，一切都很好;然而，事实证明，随着对纤维产品需求的增加，与其相关的高能源和消耗化石燃料的生产过程越来越成问题。通过更环保的供应过程来满足这种增长的需求是解决方案的一部分，但有效地再利用材料可能会否则将被送往垃圾填埋场也非常重要。涉及提高生产过程的绿色证书和回收现有碳纤维材料的新方法的双重方法可以产生很大的不同，提供有效、轻量级的解决方案，而不会产生相关的碳足迹。这正是我们在 NMIS 内的专业技术中心轻量化制造中心 (LMC) 努力实现的目标，通过我们的两个最新项目——FutureFibre 和可持续复合材料。我们的工程师和科学家在聚合物科学和同步论文、纤维和复合材料生产、纤维和复合材料机械测试以及复合材料纤维回收。我们拥有现场专业知识，并且已经在朝着开发更具可持续性的复合材料生产方法的方向迈进。FutureFibre – 改进碳纤维生产工艺
碳纤维是一种非凡的物质，已成为至关重要的材料生产以机械性能和减轻重量为基本要求的全系列产品。从宇宙飞船到高尔夫球杆，从大型喷气式飞机到家庭掀背车，它是一种具有一些令人印象深刻的特性的多功能材料。然而，通常情况下，它也有缺点。碳纤维生产需要大量的化石燃料和能源，制造纤维材料需要高达 1000°C 的温度。生产不仅非常复杂，而且成本也很高，碳纤维比钢材贵 10 倍。气候危机解决方案对许多制造商来说，解决问题是重要的议程，特别是在 11 月的 COP26 之前。考虑到这一点，寻找一种更环保的传统纤维生产替代品的工作正在顺利进行。虽然研究仍处于相对早期的阶段，但 LMC 的 FutureFibre 项目有着远大的抱负。 FutureFibre 是一个协作研发项目，旨在结合学术界和行业专业人士的经验，提供环境、基础设施和资源，以更深入地研究传统纤维制造工艺的替代方案。更可持续的材料已经取得了积极进展，木材生物质在可持续性和机械性能方面都显示出前景。木材生物质含有木质素和纤维素，可用于生产聚丙烯腈 (PAN)，这是碳纤维生产的关键工业前体之一。它比化石燃料和钙更具可持续性n 使用废木材，例如制造过程中的残余物、消费后废物和木材采伐的剩余物。这是我们希望取得的进步。寻找更可持续的资源来替代化石燃料将是使碳纤维生产更加绿色的最关键的一步。不幸的是，所需的独特化学和机械性能并不容易找到。虽然木材生物质在碳纤维生产中显示出巨大潜力，但在生产过程中将其用作化石燃料的可行替代品之前仍然存在挑战。碳纤维的高拉伸强度是其最有价值的特性之一；然而，它也是最难复制的。不幸的是，初步研究表明，与更传统的方法相比，木材生物质的机械性能有很大差异。使用化石燃料制成的碳纤维可以达到拉伸强度——材料在不断裂的情况下可以承受的最大载荷被拉伸——大约是使用木质生物质时的七倍。我们的目标是开发这些替代品，提高性能，并最终实现工业用产品。与任何此类事业一样，未来无疑面临着挑战。然而，我们的实验室规模生产线已接近完成，我们对取得的进展感到乐观。这是一个激动人心的时刻，也是一个至关重要的领域，我们期待取得进展，最终使纤维生产更具可持续性。可持续复合材料——从复合材料中回收纤维
随着碳纤维使用量的增加，对制造商的要求也是如此，以确保其产品的可回收性。以汽车生产为例，按重量计算，一辆新车至少有 95% 的重量在报废时需要回收利用。如果没有有效的碳纤维再利用解决方案，许多汽车制造商可能会发现很难实现这些目标。目前，35% of 碳纤维最终被填埋，只有 20% 被回收利用。当观察玻璃纤维时，这个数字变得更糟。然而，回收碳纤维产品仅使用最初生产它们所需能源的 20%——那么为什么不投入更多精力来重复使用旧纤维材料呢？答案在于最初从中产生的材料的机械性能回收过程。就其纤维的随机排列而言，回收碳纤维的第一阶段通常类似于粗糙的金属丝绒。这种新材料缺乏使碳纤维成为如此有价值的产品的最重要的抗拉强度。然而，这种最初的类似羊毛的材料随后可以加工成在外观和性能方面与传统碳纤维非常相似的东西，重新获得工业用途所需的许多特性。作为 LMC 可持续复合材料项目的一部分，我们计划尽快将当前的新工艺扩大到中试规模尽可能。我们欢迎工业合作伙伴加入这个项目，包括复杂的制造商和材料供应商，以监测回收过程的全面影响。使用与特定工业需求相关的生命周期分析和成本建模，我们希望建立一个碳纤维闭环系统，使材料得到回收和再利用，而不是被丢弃。综合方法
的好处碳纤维是显而易见的，随着越来越多的行业寻求减轻重量和提高效率，该产品无疑可以帮助减少二氧化碳排放。然而，随着需求的持续增长，我们必须探索我们可用的每一种选择，以减少生产过程对环境的影响。此处必须采用组合方法，而且没有唯一的正确答案。显而易见的是，增加回收利用和更生态的生产方法可以使我们减少排放的努力取得有意义的改进。更多 ar有关可持续性的文章，请单击此处。
