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Lignin, Nylon und Kohlefaser produzieren ideale Zusammensetzung für den 3D-Druck

Tasuns Composite Technology Co., Ltd | Updated: Jan 07, 2019

Wissenschaftler an der uns Department of Energy (DOE) des Oak Ridge National Laboratory (ORNL) haben eine Rezept für eine erneuerbare 3D Druck Material, das eine profitable neue Verwendung für einen hartnäckigen Bioraffinerie Nebenprodukt Sporn konnte erstellt: Lignin.

Die Entdeckung berichtet in einem Artikel imFortschritte der Wissenschaft, erweitert ORNLs Erfolge bei der Senkung der Kosten von Bioproducts durch die Schaffung neuartiger Anwendungen für Lignin – das Material aus der Verarbeitung von Biomasse übrig. Lignin gibt Pflanzen Steifigkeit und macht auch Biomasse resistent gegen in nützliche Produkte zerlegt wird.

"Suche nach neuen Verwendungsmöglichkeiten für Lignin die Wirtschaftlichkeit des gesamten Bioraffination-Prozesses verbessern kann", sagte ORNL Projektleiter Amit Naskar.

Eine Schmelze-Stall Hartholz Lignin kombinierten die Forscher mit herkömmlichem Kunststoff – eine niedrigschmelzende Nylon – und Kohlefaser, einen Verbund mit genau die richtigen Eigenschaften für Extrusion zu erstellen. Das Komposit besaß auch ausreichende Schweißnahtfestigkeit zwischen den Schichten während der Druckprozess sowie die ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften.

Die Arbeit war schwierig. Lignin verkohlt leicht; anders als Arbeitstier Verbundwerkstoffe wie Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), die aus Erdöl-basierten Thermoplasten bestehen, kann Lignin nur auf eine bestimmte Temperatur zur Erweichung und Extrusion aus einer 3D-Druck Düse erhitzt werden. Längere Zeit dramatisch erwärmen erhöht seine Viskosität – es wird zu dick, um leicht extrudiert werden.

Aber wenn die Forscher Lignin mit Nylon kombiniert, fanden sie ein überraschendes Ergebnis: der Verbund Raumtemperatur Steifigkeit erhöht, während seine Schmelzviskosität abgenommen. Das Lignin-Nylon-Material hatte eine Zugfestigkeit ähnlich Nylon allein, aber eine niedrigere Viskosität als herkömmliche ABS oder high Impact Polystyrol.

Die Forscher Neutronenstreuung im High Flux-Isotop-Reaktor durchgeführt und verwendet erweiterte Mikroskopie in der Mitte für Anwendungspotential Materialwissenschaft – beide DOE der Wissenschaft Benutzer Büroeinrichtungen im ORNL – der Verbund molekulare Struktur zu erkunden. Sie fanden, dass die Kombination aus Lignin und Nylon "offenbar fast eine Schmierung oder Plastifizierung Effekt auf den Verbund" festgestellt Naskar.

"Strukturmerkmale des Lignins sind entscheidend für 3D Bedruckbarkeit der Materialien zu verbessern", sagte ORNL Ngoc Nguyen, der an dem Projekt gearbeitet hat.

Die Forscher konnten auch in einem höheren Prozentsatz des Lignins – 40-50 % nach Gewicht – eine neue Errungenschaft bei der Suche nach einem Lignin-basierte Druckmaterial mischen. Sie hat dann 4 – 16 % Kohlefaser in den Mix, eine verbesserte Zusammensetzung herzustellen, die mehr leicht erwärmt, floss schneller für den schnelleren Druck und führte zu einem stärkeren Produkt.

"ORNL des Weltklasse-Fähigkeiten in der Materialcharakterisierung und Synthese sind unerlässlich, um die Herausforderung der Kuppelprodukte Nebenprodukte wie Lignin verwandeln, potenzielle neue Einnahmequellen für Industrie und schaffen Roman erneuerbare Composites für advanced Manufacturing", sagte Moe Khaleel, stellvertretender Laborleiter für Energie und Umweltwissenschaften an der ORNL.


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