Углеродное волокно подешевеет вдвое

Когда его начнут изготавливать на основе лигнина – из растений

Доктор Эрик Франк, глава отдела углеродных волокон и новых материалов в DITF (Deutsche Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf), рассчитывает, что в течение нескольких лет цена на углеродное волокно сократится вдвое. Сейчас углеродное волокно в десять раз дороже, чем обычные армирующие материалы, такие как стекловолокно или сталь. Оно стоит не менее 15 евро за килограмм. Поэтому углеродное волокно обычно используется только в высококачественных продуктах.

Исследователи из Денкендорфа изучают лигнин и другие материалы на предмет их пригодности в качестве ресурсосберегающих возобновляемых прекурсоров для производства углеродного волокна. Вместе с одиннадцатью партнерами исследователи DIFT надеются вывести на рынок биоуглеродные волокна в рамках проекта EU LIBRE.

Лигнин - это полимер, который обеспечивает лигнификацию трав, кустарников и деревьев. Он заполняет пространство между целлюлозными волокнами в клеточных стенках растений, делая их жесткими. Присутствие лигнина делает даже 100-метровые деревья красного дерева крепкими и ровными. Каждый год миллионы тонн лигнина накапливаются в виде остаточного материала на бумажных фабриках. Текущая задача заключается в том, чтобы сжечь его, но партнеры проекта сейчас работают над превращением бежево-коричневого порошка в материал, который можно скручивать в нити, а затем преобразовывать в дальнейшем в углеродные волокна антрацитового цвета.

В настоящее время волокна-прототипы изготавливаются из полиакрилонитрила и производятся с помощью утомительного процесса прядения полотна. Кроме того, акрилонитрил, который является основным материалом, и используемые растворители являются токсичными. Поэтому выхлопные газы, образующиеся в процессе термической обработки, должны быть тщательно очищены.

«В нашем случае мы производим волокна-прототипы с использованием более дешёвого процесса прядения волокна из расплава, который не требует использования растворителей», - объясняет Фрэнк.

Углеродное волокно на основе лигнина от DITF теперь имеет предел прочности при разрыве 1,8 гигапаскаля и жёсткость до 200 гигапаскалей. Таким образом, значения прочности при разрыве и жёсткости выше, чем у намного более тяжёлой высоколегированной стали.

До сих пор самой большой проблемой было то, что длинные полимерные цепи лигнина распадаются на фрагменты в бумажной промышленности. Волокно-прототип становится хрупким, и поэтому его трудно обрабатывать. Чтобы избежать этого и стабилизировать исходное волокно, команда ученых смешивает смесь лигнина с высокомолекулярной целлюлозой перед процессом плавления. В долгосрочной перспективе, однако, команда хочет использовать только чистый лигнин, потому что лигнин и целлюлоза мешают друг другу. Учёные берут низкомолекулярные фрагменты лигнина и соединяют их в длинную цепочку молекул. В результате, прототипы углеродного волокна могут быть получены исключительно из дешевого лигнина.

Проект LIBRE продлится до 2020 года. Партнёры проекта будут тестировать композиты из углеродного волокна для использования в ветроустановках и автомобильных компонентах.

Bioplasticsmagazine.com.

Фото с сайта Besustainablemagazine.com.