MIT利用石油残渣制造轻质碳纤维 成本更低/可用于汽车

全球正在努力提高汽车和其他车辆的能源效率，以控制温室气体排放并增加电动汽车的续航里程。人们正在寻找一种更轻、更结实的身体材料。

由碳纤维制成的轻质材料具有优异的强度，同时也很轻。然而，与钢或铝相比，使用这种材料制造等效结构部件的成本更高。据外媒报道，麻省理工学院等机构的研究人员提出了一种新方法，可以使用超低成本的原材料制造轻质碳纤维，这是石油精炼过程中产生的重质粘稠废物。目前，炼油厂将这些材料用于沥青等低价值应用，甚至将其作为废物处理。这种新型碳纤维的制造成本和抗压强度较低，适用于承载应用，比传统碳纤维更具优势。麻省理工学院的研究科学家Nicola Ferraris说，“与30年前相比，现在同一型号的重量增加了约15%。”这意味着发动机更大，制动系统更强，等等。因此，减轻车身或其他部件的重量有多重意义。使用碳纤维制成的复合材料并不是一个新想法，但目前这种材料只用于少数昂贵的车型。这项新研究旨在通过提供低成本的原材料和相对简单的加工方法来改变这种情况。研究人员表示，目前汽车用高质量碳纤维的价格至少为每磅10至12美元。相比之下，钢铁每磅75美分，铝每磅2美元。此外，这些价格波动很大，而且往往依赖外国资源。在此基础上，使用碳纤维制造皮卡的成本可能是钢材的两倍。这些纤维通常由石油衍生的聚合物制成，但需要中间步骤来聚合碳化合物，这是昂贵的。聚合物的成本占最终纤维总成本的60%以上。该团队的新方法不使用精炼和加工的石油产品，而是使用精炼过程中留下的残留物，即石油沥青。Ferraris说：“这有时被称为桶底。这些石油沥青很乱，是重碳氢化合物的大杂烩。但这很有趣，因为有太多的化学物质可供使用，无法使它们成为有吸引力的材料。”这些材料无法燃烧。它实际上可以燃烧，但执行起来太脏了，尤其是在目前环境法规如此严格的情况下。这些产品的内在价值很低，因此经常被埋没。研究人员还测试了沥青的另一种来源——煤焦油沥青。这是一种类似的材料，是焦煤的副产品。这一过程产生了约80%的焦炭和20%的煤焦油沥青，“这基本上是一种废物。”该团队与橡树岭国家实验室的研究人员合作，着手寻找一种预测性能的方法，以指导制造实验条件的选择。ORNL具有在不同条件下生产碳纤维的专业知识。Ferraris说：“事实上，从能源需求和实际加工的角度来看，使用沥青生产碳纤维的过程非常简单。麻省理工学院研究生Asmita Jana解释说，沥青“由不同类型的分子组成，如果形状或大小发生变化，可以预计其财产将发生重大变化，“虽然工业材料需要具有非常一致的财产。通过专门模拟组成分子之间形成的键和交联模式，可以开发出一种方法来预测给定的加工条件如何影响最终纤维财产。研究人员能够以惊人的准确性再现结果。通过这些图表，公司可以预测ct特性，如纤维密度和弹性模量。研究结果表明，通过调整起始条件，制备的碳纤维不仅具有较强的张力，而且具有较强的抗压性能，有望用于承载应用。这为这些材料的应用开辟了新的可能性。美国能源部呼吁将轻质材料的成本降至每磅5美元以下。然而，麻省理工学院的研究小组估计，这种方法可以做得更好，达到每磅3美元左右。当然，这需要d……

失败的经济分析。这项工作得到了美国能源部的支持。研究人员表示，这种正在开发的新方法不仅带来了成本效益，而且可能在汽车之外开辟新的应用。传统纤维复合材料的制造过程相当复杂，其中之一是将纤维制成织物，并以精确而详细的图案展开，这是“弥补抗压强度的不足”。克服材料缺陷是工程设计中需要解决的问题，但随着新技术的发展，不再需要如此复杂。

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