生物精煉廢料可用于3D打印

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能源部的研究人員使用木質(zhì)素作為生物煉制行業(yè)的副產(chǎn)品，作為新型復(fù)合材料的一部分,，非常適合3D打印工藝,。科學(xué)家們一直在尋找減少工業(yè)廢物的方法,，將其作為一種潛在的選擇用于其他目的,。能源部橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ORNL)的研究人員通過(guò)開發(fā)一種非常適合添加劑制造的新型復(fù)合材料，實(shí)現(xiàn)了難以處理的生物煉制副產(chǎn)品木質(zhì)素,。

研究人員表示,，木質(zhì)素是生物質(zhì)加工過(guò)程中遺留下來(lái)的。該材料賦予植物剛性,，并且還使生物質(zhì)抗分解,。他們?cè)贠RNL新聞稿中描述了他們的工作,。Atlantic Design&Manufacturing是東海岸領(lǐng)先的設(shè)計(jì)工程師貿(mào)易展,，提供最新的3D打印，自動(dòng)化和CAD / CAM軟件,，包括FedEx,，GE Appliances，Procter&Gamble以及其他數(shù)百種軟件,。

他們說(shuō),，ORNL的科學(xué)家將熔融穩(wěn)定的硬木木質(zhì)素與其他材料(常規(guī)塑料，低熔點(diǎn)尼龍和碳纖維)結(jié)合起來(lái),，形成了一種復(fù)合材料,，在印刷過(guò)程中具有適合擠出和層間焊接強(qiáng)度的特性。ORNL能源與環(huán)境科學(xué)副實(shí)驗(yàn)室主任Moe Khaleel表示,，該復(fù)合材料還具有優(yōu)異的機(jī)械性能,。研究人員發(fā)表論文，詳細(xì)說(shuō)明他們?cè)谠撾s志工作科學(xué)進(jìn)展,。

“ORNL在材料表征和合成方面的世界級(jí)能力對(duì)于將木質(zhì)素等副產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為副產(chǎn)品,，為工業(yè)創(chuàng)造潛在的新收入來(lái)源以及為先進(jìn)制造創(chuàng)造新型可再生復(fù)合材料的挑戰(zhàn)至關(guān)重要，”他說(shuō),。

研究人員表示,，該團(tuán)隊(duì)的工作并非沒有挑戰(zhàn)。木質(zhì)素不是一種易于使用的材料;它易于加熱,，只能加熱到一定溫度,，以便從3D打印噴嘴進(jìn)行軟化和擠出。他們說(shuō),，這是因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間暴露在高溫下會(huì)顯著增加木質(zhì)素的粘度,，使其對(duì)于有用的擠出而言太厚,。

該團(tuán)隊(duì)通過(guò)將木質(zhì)素與尼龍相結(jié)合，成功開發(fā)出3D打印復(fù)合材料,。令他們驚訝的是,，這種組合增加了復(fù)合材料的室溫剛度，同時(shí)降低了其熔體粘度,，該項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人Amit Naskar表示,。此外，木質(zhì)素 - 尼龍材料的拉伸強(qiáng)度與單獨(dú)的尼龍相似,，實(shí)際上比傳統(tǒng)的ABS或高抗沖聚苯乙烯等3D印刷聚合物具有更低的粘度,。

為了理解材料組合反應(yīng)的原因，科學(xué)家們通過(guò)在高通量同位素反應(yīng)器中進(jìn)行中子散射研究其分子結(jié)構(gòu),，并在ORNL的納米材料科學(xué)中心使用先進(jìn)的顯微鏡,。他們發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素和尼龍的組合“似乎對(duì)復(fù)合材料幾乎具有潤(rùn)滑或增塑作用，”Naskar說(shuō),。事實(shí)上,，通過(guò)研究結(jié)構(gòu)特征，該團(tuán)隊(duì)能夠提高材料的3D可印刷性,，ORNL的另一位合作伙伴Ngoc Nguyen表示,。

具體而言，它們混合了較高百分比的木質(zhì)素-40至50重量% - 4%至16%的碳纖維,。Nguyen說(shuō),，木質(zhì)素百分比代表了尋求木質(zhì)素印花的新成就。研究人員說(shuō),，結(jié)果是復(fù)合材料更容易加熱,，流動(dòng)更快，印刷速度更快,，產(chǎn)品更堅(jiān)固,。

研究人員表示，ORNL團(tuán)隊(duì)正在申請(qǐng)其木質(zhì)素 - 尼龍復(fù)合材料專利,，并計(jì)劃繼續(xù)改進(jìn)材料,，并尋找其他方法加工。Elizabeth Montalbano是一位自由撰稿人,，撰寫了20年的技術(shù)和文化,。她曾在鳳凰城，舊金山和紐約市作為專業(yè)記者生活和工作,。在空閑時(shí)間,，她喜歡沖浪，旅游,，音樂(lè),，瑜伽和烹飪,。她目前居住在葡萄牙西南海岸的一個(gè)村莊。

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