En ny komposit av lignin och nylon extruderas lätt under 3D -utskrift och uppvisar god mekanisk hållfasthet i färdiga produkter. Upphovsman:Oak Ridge National Laboratory
Forskare vid Department of Energy:s Oak Ridge National Laboratory har skapat ett recept på ett förnybart 3D-utskriftsmaterial som kan leda till en lönsam ny användning för en ohållbar bioraffinaderi:lignin.
Upptäckten, detaljerad i Science Advances, utvidgar ORNL:s prestationer när det gäller att sänka kostnaden för bioprodukter genom att skapa nya användningsområden för lignin - det material som finns kvar från bearbetningen av biomassa. Lignin ger plantor styvhet och gör också biomassa resistent mot att brytas ned till användbara produkter.
"Att hitta nya användningsområden för lignin kan förbättra ekonomin i hela bioraffineringsprocessen, "sa ORNL -projektledare Amit Naskar.
Forskare kombinerade ett smältstabilt lignin av lövträ med konventionell plast, en lågsmältande nylon, och kolfiber för att skapa en komposit med precis rätt egenskaper för extrudering och svetsstyrka mellan skikten under tryckprocessen, samt utmärkta mekaniska egenskaper.
Arbetet är knepigt. Lignin tecken lätt; till skillnad från arbetshästkompositer som akrylnitril-butadien-styren (ABS) som är gjorda av petroleumbaserade termoplaster, lignin kan bara värmas till en viss temperatur för mjukning och extrudering från ett 3D-tryckmunstycke. Långvarig exponering för värme ökar dramatiskt dess viskositet - den blir för tjock för att enkelt kunna extruderas.
Använda så mycket som 50 viktprocent lignin, ett nytt kompositmaterial skapat på ORNL är väl lämpat för användning i 3D -utskrift. Upphovsman:Oak Ridge National Laboratory
Men när forskare kombinerade lignin med nylon, de fann ett överraskande resultat:kompositens rumstemperaturstyvhet ökade medan smältviskositeten minskade. Lignin-nylonmaterialet hade draghållfasthet liknande nylon ensam och lägre viskositet, faktiskt, än konventionell ABS eller höggradig polystyren.
Forskarna genomförde neutronspridning vid High Flux Isotope Reactor och använde avancerad mikroskopi vid Center for Nanophase Materials Science - båda DOE Office of Science User Facilities vid ORNL - för att utforska kompositens molekylstruktur. De fann att kombinationen av lignin och nylon "tycktes ha nästan en smörjande eller mjukgörande effekt på kompositen, "noterade Naskar.
"Lignins strukturella egenskaper är avgörande för att förbättra materialets 3D-tryckbarhet, "sa ORNL:s Ngoc Nguyen som samarbetade i projektet.
Forskare kunde också blanda in en högre andel lignin-40 till 50 viktprocent-en ny prestation i jakten på ett ligninbaserat tryckmaterial. ORNL -forskare tillsatte sedan 4 till 16 procent kolfiber i blandningen. Den nya kompositen värms upp lättare, flödar snabbare för snabbare utskrift, och resulterar i en starkare produkt.
ORNL -forskare har skapat ett nytt kompositmaterial för additiv tillverkning som använder sig av lignin, en biprodukt från bensin. Upphovsman:Oak Ridge National Laboratory
"ORNL:s kapacitet i världsklass inom materialkarakterisering och syntes är avgörande för utmaningen att omvandla biprodukter som lignin till samprodukter, generera potentiella nya intäktsströmmar för industrin och skapa nya förnybara kompositer för avancerad tillverkning, "sa Moe Khaleel, associerad laboratoriedirektör för energi- och miljövetenskap.
Kompositionen lignin-nylon är patentsökt och arbete pågår för att förfina materialet och hitta andra sätt att bearbeta det.
