强度和延展性可与人造丝媲美:日本开发新型碳纳米管复合纤维素纤维

发布时间 | 2024-06-28 11:54 分类 | 技术前沿 点击量 | 165
导读:日本产业技术综合研究所于2024年6月25日宣布,他们与大见绉织公司和信州大学的联合研究团队共同开发了一种具有与人造丝相媲美的强度和延展性的低环境负荷碳纳米管复合纤维素纤维。

日本产业技术综合研究所于2024年6月25日宣布,他们与大见绉织公司和信州大学的联合研究团队共同开发了一种具有与人造丝相媲美的强度和延展性的低环境负荷碳纳米管复合纤维素纤维

研究背景

为了应对自动驾驶技术的普及,需要推广在轮胎破损时仍能行驶一定距离的防爆轮胎。在防爆轮胎中,具有优异强度和延展性且因热效应导致性能下降较少的人造丝被广泛使用。然而,人造丝的制造过程中需要使用毒性很强的二硫化碳作为溶剂。二硫化碳挥发性高,且在制造过程中无法完全回收,因此对环境产生不良影响。因此,人们期望开发出具有与人造丝相似特性但环境负荷更低的纤维材料。

研究进展

之前制备碳纤维复合纤维的方法是将碳纳米管逐一分散,这容易导致质量下降。此次研究团队将碳纳米管作为多个束分散在离子液体中。通过上述方法添加0.1wt%的碳纳米管,保持了纤维素纤维的强度,同时延展性增加了30%。此外,通过拉伸试验曲线的延展性和强度的积分表示的韧性增加了40%。

进一步研究表明,在分散液中碳纳米管束的尺寸范围约为400〜800nm时,纤维素纤维的延展性得到了提高,而强度未下降。同时,纤维的纺丝速度(最大卷取速度)也增加了30%,提高了生产效率。通过解析纤维的结构,发现将碳纳米管束的直径控制在约10~100nm(与纤维素纤维的中间层次结构相同)并均匀分布在纤维中,可以产生补强效果。

0.1wt%碳纳米管复合纤维素纤维的机械性能(a)原料、溶剂,(b)纤维照片,(c)纤维拉伸测试曲线,(d)纤维伸长率随尺寸的变化碳纳米管束。


0.1wt%碳纳米管复合纤维素纤维的(a)内部、(b)纵向截面、(c)截面的显微图像,(d)各种纤维素纤维的伸长率与强度的关系及已开发产品

该研究团队今后将推进实用制造工艺的开发和所获得的复合纤维的试制工作。此外,他们计划与轮胎制造商合作,对试制品进行评估。

 

粉体圈 Coco编译

作者:Coco

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