日本将工业废料制成碳纤维 可制成更轻、更省油的汽车

精细碳纤维网（图片来源：金泽大学）

据外媒报道，最近，日本金泽大学（Kanazawa University）对一种工业废料进行了化学改性，并将其加工成一种轻量化结构材料，而这一成果可以提高私家车和商用车的燃油经济性。

首先，研究人员研究了普通木材制浆过程中的副产物——硫酸盐木质素（Kraft lignin）。一般而言，造纸厂会燃烧硫酸盐木质素，用于发电，因为除了特殊用途外，硫酸盐木质素很难用于其他用途。但是，利用化学工艺将其加工成一种更有用的材料，则可以提高造纸业的可持续性。

该研究的第一作者László Szabó表示：“我们对硫酸盐木质素聚合物进行了化学改性，该工艺称作乙酰化，优化乙酰化的程度对于该研究至关重要。”

控制乙酰化反应对于优化硫酸盐木质素与另一种聚合物聚丙烯腈的兼容性至关重要，兼容之后就可以制成高质量的碳纤维，最终制成工程复合材料。如果乙酰化的程度过低或者过高，碳纤维的质量就会很差。

研究人员表示：“我们完成的反应非常温和，只产生了一种相当温和的副产物——丙酮，并没有改变硫酸盐木质素的多分散性。因此，我们能够将硫酸盐木质素与聚丙烯腈混合，制成含有兼容性更强的聚合物分子的静电纺丝涂料溶液，最终制造出高质量的碳纤维。”

研究人员制成的碳纤维垫含有细而均匀的纤维，而且无需采用会降低纤维质量的热管理工艺。事实上，与没有改性的硫酸盐木质素相比，改性后的聚合物纤维垫的机械强度提高了约3倍。

研究人员解释表示：“我们制成的纤维机械性能好是因为该材料具有定制型石墨结构，而该结构是因为得到改进的聚合物相互作用形成了更具一致性的聚合物网络，然后该网络再接受热处理。”

工程复合材料在航天器、汽车、塑料、混凝土等许多产品和技术中都很常见。当研究人员将制造此类碳纤维的成本降至最低时，未来的汽车就会更轻、更耐用、更省油。考虑到每个行业都会使用到交通工具，因而所有行业都能节省资金、变得更加环保。