3月13日，德國紡織和纖維研究所（DITF）宣布開發了一種新穎、環保且節約成本的木質素碳纖維生產工藝，其特點是節能潛力大，避免溶劑和使用天然原料使該工藝過程對環境無害。

碳纖維通常由聚丙烯腈 (PAN) 以工業規模生產。纖維的穩定化和碳化發生在高溫爐中，停留時間較長，這會消耗大量能源并使纖維變得昂貴。此外，還會產生有毒的副產品，這些副產品必須通過昂貴且耗能的過程，才能從生產過程中分離出來。

DITF 開發的一種新工藝可在所有這些工藝步驟中實現高效節能。用木質素取代聚丙烯腈用于生產前體纖維，后者在第二個工藝步驟中轉化為碳纖維。木質素作為生產碳纖維的起始原料，迄今為止在工業生產中很少受到關注。它是一種廉價的原料，可大量獲取，是造紙過程中的廢品。

生產木質素纖維的新工藝以木質素水溶液為基礎。為此，木材被分離成木質素和纖維素。亞硫酸鹽消化過程可以生產溶解在水中的木質素磺酸鹽。

紡絲是在所謂的干法紡絲工藝中進行的。在此過程中，擠出機通過噴嘴將紡絲物質壓入加熱的紡絲軸中，由此產生的連續纖維在紡紗軸中快速均勻地干燥。從水溶液中紡出木質素纖維——這是一種全新的環保路線，因為該過程根本不需要使用溶劑或有毒添加劑。

后續生產碳纖維的步驟，即在熱空氣中的穩定化和隨后在高溫爐中的碳化，與使用PAN作為原絲纖維時的常規工藝類似。然而，木質纖維在這里也顯示出它們的優勢，因為它們可以在帶有熱空氣的烘箱中特別快速地穩定化，并且在碳化過程中只需要相對較低的溫度。與 PAN 相比，這些工藝步驟的能源節省約為 50%，代表了真正的競爭優勢。

在生產木質素纖維的新工藝中，木材首先被分離成木質素和纖維素。亞硫酸鹽消化過程可以生產溶解在水中的木質素磺酸鹽，而木質素水溶液是紡制纖維的原料。

干法紡絲工藝可以實現高紡絲速度。因此，與 PAN 纖維相比，可以在更短的時間內生產出更多的材料。這是另一個競爭優勢，但它不允許對木質素前體纖維的質量做出任何妥協：這些纖維實際上非常均勻，表面光滑且無粘連。這種結構特征有助于進一步加工成碳纖維，并最終加工成纖維復合材料。

綜上所述，在新的紡絲工藝中獲得的前軀體木質素纖維在成本效率和環境相容性方面比 PAN 纖維具有明顯的優勢。另一方面，由它們生產的碳纖維與PAN 纖維的機械性能幾乎相當——它們與市售產品一樣堅固、耐用且輕便。

由水紡木質素纖維制成的碳纖維可能對建筑和汽車行業的應用特別適用，這些應用極大地受益于其生產過程中成本的降低。

來源：DITF

原文網址：

https://www.ditf.de/en/index/current/press-releases/detail/carbon-fibers-from-lignin-a-new-process-for-economical-production.html

原文始發于微信公眾號（艾邦復合材料網）：DITF 開發出經濟環保的木質素碳纖維生產工藝