新的聚合物制造方法可節(jié)省大量能源

伊利諾伊大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種新的聚合物固化工藝，與目前的制造工藝相比，該工藝可以減少所需的成本，時間和能源。

周三發(fā)表在《自然》雜志上的研究結(jié)果僅需要從小型熱源快速接觸即可通過聚合物傳遞級聯(lián)的硬化波，這可能使需要堅固，輕便和耐熱零件的汽車，飛機(jī)和公共汽車的制造商受益。

根據(jù)這項(xiàng)研究，新的聚合工藝所消耗的能源要少10個數(shù)量級，并且在當(dāng)前制造工藝中可以減少兩個數(shù)量級的時間。

該大學(xué)的航空工程學(xué)教授和該論文的主要作者斯科特·懷特(Scott White)說：“用于制造飛機(jī)和汽車的材料具有出色的熱性能和機(jī)械性能，但是制造過程在時間，能源和環(huán)境方面都非常昂貴。” “我們的目標(biāo)之一是減少開支并提高產(chǎn)量。”

以飛機(jī)組裝為例。懷特說，對于美國一家主要生產(chǎn)商而言，僅固化一架大型商用客機(jī)的一部分的過程就將消耗96,000千瓦時的能源，并產(chǎn)生80噸以上的二氧化碳，具體取決于能源的來源。

根據(jù)美國能源信息署的數(shù)據(jù)，這大約相當(dāng)于一年為九座普通房屋供電的電量。

懷特說：“客機(jī)制造商使用直徑約60英尺，長約40英尺的固化爐。它是一個令人難以置信的龐大結(jié)構(gòu)，里面裝有加熱元件，風(fēng)扇，冷卻管和各種其他復(fù)雜的機(jī)械。”

懷特說，在大約24小時的周期內(nèi)，通過一系列非常精確的步驟，溫度升高到了大約176攝氏度，這是“非常耗能的過程”。

研究人員提出，他們可以控制化學(xué)反應(yīng)，以節(jié)省聚合物固化過程。

該大學(xué)化學(xué)教授杰弗里·摩爾(Jeffrey Moore)說：“樹脂的化學(xué)鍵中儲存了大量能量，可為該過程提供動力。” “發(fā)現(xiàn)以適當(dāng)?shù)乃俾梳尫拍芰康姆椒?，不是太快，但不是太慢，是發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵。”

懷特說：“通過在聚合物表面的一個角上接觸本質(zhì)上是烙鐵的東西，我們可以引發(fā)級聯(lián)的化學(xué)反應(yīng)波，該波在整個材料中傳播。”

懷特說：“一旦觸發(fā)，反應(yīng)就利用焓或聚合反應(yīng)的內(nèi)能推動反應(yīng)向前并固化材料，而不是外部能源。”

研究小組證明，這種反應(yīng)可以在控制良好的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中生產(chǎn)安全，優(yōu)質(zhì)的聚合物。

他們認(rèn)為該工藝可適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)，因?yàn)樗c常用的制造技術(shù)(如模壓，壓印，3-D打印和樹脂注入)兼容。

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