MIT利用石油残渣制造轻质碳纤维 成本更低/可用于汽车

盖世汽车讯现在全世界都在努力提高汽车等交通工具的能效，以控制温室气体排放，提高电动汽车的续航里程。人们正在寻找一种更轻、强度足够的车身材料。

(来源:麻省理工学院)

由碳纤维制成的轻质材料具有优异的强度和重量轻。然而，与钢或铝相比，用这种材料制造同样的结构元件的成本更高。据国外媒体报道，美国麻省理工学院(MIT)和其他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，即石油提炼过程中产生的重而粘稠的废物。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。

这种新型碳纤维具有更低的制造成本和抗压强度，可用于负载应用，与传统碳纤维相比具有优势。麻省理工学院的研究科学家尼古拉·费拉利斯(Nicola Ferralis)说:“与30年前相比，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。，所以减轻车身或其他部件的重量有多重含义。使用碳纤维制成的复合材料并不是一个新的想法，但目前这种材料只在少数昂贵的车型上使用。这项新的研究旨在改变这种状况，提供低成本的原料和相对简单的加工方法。

研究人员表示，目前车用高质量碳纤维的价格至少为每磅10-12美元。相比之下，钢每磅75美分，铝每磅2美元。此外，这些价格波动很大，往往取决于外国资源。在此基础上，用碳纤维制造一辆皮卡，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(如聚丙烯腈)制成，但需要中间步骤来聚合碳化合物，成本较高。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经过提炼和加工的石油产品，而是使用提炼过程中留下的残渣，即石油沥青。费拉里斯说:“这就是有时被称为桶底的东西。这些石油沥青是混合重烃的混合物。但这是有趣的地方，因为有太多的化学物质使它成为一种有吸引力的材料。”这些材料不能燃烧。其实是可以烧的，但是太脏了，无法实施，尤其是在环保规定这么严格的情况下。“这些产品内在价值低，所以经常被埋没。”研究人员还测试了沥青的替代来源——煤焦油沥青。这是一种类似的材料，是炼焦煤的副产品(可用于钢铁生产)。这个过程产生大约80%的焦炭和20%的煤焦油沥青。“这基本上是浪费。”

该团队与橡树岭国家实验室(ORNL)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拥有在不同条件下生产碳纤维的专业知识。费拉里斯说:“事实上，从能源需求和实际加工的角度来看，用沥青制造碳纤维的过程非常简单。”

麻省理工学院研究生阿释密达·贾纳解释说，沥青“由不同种类的分子组成，如果它改变形状或大小，它的性质可以预计会发生很大变化”，而工业材料需要有非常一致的性质。可以开发一种方法，通过具体模拟组成分子之间形成的键和交联模式，来预测一组给定的加工条件将如何影响最终的纤维性能。“研究人员能够以惊人的准确度重现结果。通过这些图表，公司可以预测纤维密度和弹性模量的特征。”

结果表明，通过调整初始条件，制得的碳纤维不仅具有很强的拉伸性，还具有很强的抗压能力，有望用于负载应用。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，麻省理工学院研究小组估计，该方法可以做得更好，达到每磅3美元左右。当然，这需要详细的经济分析。

这项工作得到了美国能源部的支持。研究人员说……他正在开发的新方法不仅带来成本效益，还可能开辟汽车以外的新应用。传统纤维复合材料的制造工艺复杂，其中一种必须制成布料，并以精确细致的图案铺开，这就是“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，但有了新技术，就不再那么复杂了。盖世汽车讯现在全世界都在努力提高汽车等交通工具的能效，以控制温室气体排放，提高电动汽车的续航里程。人们正在寻找一种更轻、强度足够的车身材料。

(来源:麻省理工学院)

由碳纤维制成的轻质材料具有优异的强度和重量轻。然而，与钢或铝相比，用这种材料制造同样的结构元件的成本更高。据国外媒体报道，美国麻省理工学院(MIT)和其他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，即石油提炼过程中产生的重而粘稠的废物。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。

这种新型碳纤维具有更低的制造成本和抗压强度，可用于负载应用，与传统碳纤维相比具有优势。麻省理工学院的研究科学家尼古拉·费拉利斯(Nicola Ferralis)说:“与30年前相比，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。，所以减轻车身或其他部件的重量有多重含义。使用碳纤维制成的复合材料并不是一个新的想法，但目前这种材料只在少数昂贵的车型上使用。这项新的研究旨在改变这种状况，提供低成本的原料和相对简单的加工方法。

研究人员表示，目前车用高质量碳纤维的价格至少为每磅10-12美元。相比之下，钢每磅75美分，铝每磅2美元。此外，这些价格波动很大，往往取决于外国资源。在此基础上，用碳纤维制造一辆皮卡，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(如聚丙烯腈)制成，但需要中间步骤来聚合碳化合物，成本较高。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经过提炼和加工的石油产品，而是使用提炼过程中留下的残渣，即石油沥青。费拉里斯说:“这就是有时被称为桶底的东西。这些石油沥青是混合重烃的混合物。但这是有趣的地方，因为有太多的化学物质使它成为一种有吸引力的材料。”这些材料不能燃烧。其实是可以烧的，但是太脏了，无法实施，尤其是在环保规定这么严格的情况下。“这些产品内在价值低，所以经常被埋没。”研究人员还测试了沥青的替代来源——煤焦油沥青。这是一种类似的材料，是炼焦煤的副产品(可用于钢铁生产)。这个过程产生大约80%的焦炭和20%的煤焦油沥青。“这基本上是浪费。”

该团队与橡树岭国家实验室(ORNL)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拥有在不同条件下生产碳纤维的专业知识。费拉里斯说:“事实上，从能源需求和实际加工的角度来看，用沥青制造碳纤维的过程非常简单。”

麻省理工学院研究生阿释密达·贾纳解释说，沥青“由不同种类的分子组成，如果它改变形状或大小，它的性质可以预计会发生很大变化”，而工业材料需要有非常一致的性质。可以开发一种方法，通过具体模拟组成分子之间形成的键和交联模式，来预测一组给定的加工条件将如何影响最终的纤维性能。“研究人员能够以惊人的准确度重现结果。通过这些图表，公司可以预测纤维密度和弹性模量的特征。”

结果表明，通过调整初始条件，制得的碳纤维不仅具有很强的张力，而且具有很强的韧性耐应力性，有望用于负载应用。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，麻省理工学院研究小组估计，该方法可以做得更好，达到每磅3美元左右。当然，这需要详细的经济分析。

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式不仅带来成本效益，还可能开辟汽车之外的新应用。传统纤维复合材料的制造工艺复杂，其中一种必须制成布料，并以精确细致的图案铺开，这就是“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，但有了新技术，就不再那么复杂了。

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