科研进展·加拿大：将油砂沥青转化为高价值碳纤维

本文摘要：（由ai生成）

卡尔加里大学在碳纤维挑战赛第二阶段中牵头开展三个项目，旨在利用沥青生产碳纤维。Md.Kibria博士领导的团队正在研究将沥青质转化为高强度碳纤维的方法，以用于汽车和航空业。其他团队也在研究不同方法以减少能源使用和探索沥青质特性对纤维质量的影响。比赛资助了12支队伍，目标是在实验室规模上生产碳纤维，并开发商业规模的工艺。最终目标是制造出用户所需的不同应用中的碳纤维。

Md Kibria 博士是卡尔加里大学（加拿大阿尔伯塔省卡尔加里市）舒立克工程学院化学与石油工程系的助理教授，在阿尔伯塔省创新组织（Alberta Innovates，加拿大阿尔伯塔省）和清洁资源创新网络（CRIN，加拿大）举办的碳纤维挑战赛（CFGC）第二阶段比赛中，他是三个入选项目之一的领导者。

这三个阶段的比赛旨在加速碳纤维的开发，这些碳纤维来源于阿尔伯塔省大量的油砂沥青，油砂沥青是一种天然或石油蒸馏残渣的黑色粘性碳氢化合物混合物。目前，Kibria 和他的团队一直在研究沥青质——在原油中发现的分子物质——将粘性物质一起纺成比人类头发还细的丝束。

“沥青质通常被称为‘桶底’，”基布里亚说。“它是沥青中的重质部分，它很有希望成为各种非易燃、高价值产品（如碳纤维）的廉价原料。”

Kibria 说，沥青质被加热变成某种凝胶，然后绕丝机将其缠绕成碳纤维。然后纤维经过几个步骤使它们更坚固，并在此过程中进行一些猜测和测试。“我们知道制造纤维是可行的。现在的问题是：我们能制造出多强的纤维？”他提问。

Kibria 希望制造出符合汽车和航空业标准的高端碳纤维，可用于制造车身部件、车轮和轮辋、内饰和其他产品。他称其为“双赢”局面，因为不符合高标准的材料仍可用于其他应用，例如碳纤维增强混凝土。

除了Md.Kibria博士，另外两位舒立克工程学院教授Simon Park博士、Joanna Wong博士，以及机械和制造工程系的理学学士ETH博士都是项目的带头人，他们也进入了比赛的最后12支队伍。

“与传统碳纤维制造相关的挑战之一是将聚合物基原丝转化为纤维所需的高能量，”Park 说。“我们目前正在研究通过化学和电磁处理最大限度地减少能源使用来生产碳纤维的新方法。”

特别是，他的团队正在使用熔体纺丝和静电纺丝工艺来生产纳米级和微米级纤维。

与此同时，Wong 表示，她的团队的方法“包括研究不同沥青质样品的化学特性或特定组分。我们正在研究它们的化学成分如何影响熔体的流变性，进而影响可制造的纤维的质量。”

“碳纤维挑战赛的第二阶段让我们更接近于实现沥青超越燃烧的潜力，”Alberta Innovates 首席执行官 Laura Kilcrease 说。“阿尔伯塔省丰富的沥青储备是在全省创造新的低碳机会的基石。”

总体而言，参加比赛的 12 支队伍获得了 527 万美元的资助，用于在实验室规模生产碳纤维，并开发出一种可以达到商业规模的示范工厂视线范围内的工艺。

“我们的目标不仅仅是制造产品，”Kibria 说，他在第二阶段获得了 500,000 美元的资金。“我们希望制造最终用户在不同应用中需要的碳纤维。”

Park 获得了 485,000 美元的资金，Wong 获得了 217,000 美元用于比赛的第二阶段，预计将于 2022 年 12 月结束。

第三阶段将看到决赛入围者展示他们如何以能够实现商业投资的方式制造纤维，预计将于 2023 年 1 月至 2024 年 12 月运行。

来源：CompositesWorld、赛奥碳纤维技术