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碳纤维之后是木材纤维

2014/12/22

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  目前,可以用作飞机和汽车主要材料的碳纤维备受世人关注。但可能取代碳纤维的“后碳纤维时代”的开发也在悄然进行。

  有希望成为未来主角的是被称为纤维素纳米纤维(CNF)的“木材纤维”,生产成本只有碳纤维的六分之一。为了揭开“木材纤维”的面纱,日本经济新闻(中文版:日经中文网)联系了多家开发该纤维的企业,但是大部分都选择避而不谈。

      未来主角登场

  最终,“日本制纸”接受了日本经济新闻(中文版:日经中文网)的采访。该公司CNF事业推进室的河崎雅行室长表示:“CNF的原料是木材,但是却比铁更硬更轻”。“请看这里,看起来只是普通的液体,但其实这是CNF”,河崎拿着烧杯说。烧杯中装有稠糊状的液体。实在难以相信它比铁更硬。

工作人员向记者展示CNF
  将普通的树木切碎成相当于原来千分之一大小的木材碎片,然后将木材碎片加工成纸浆,之后进一步将纸浆分解成千分之一大小的木材纤维。到这里的加工工程与制纸方法没什么区别。

  放大观察木材纤维会发现,它由无数的纳米纤维束构成。添加名为“TEMPO”的化学试剂可将成束的纳米纤维分解成1根1根的纤维。1根纳米纤维的直径仅为3~4纳米,相当于人类头发丝的两万分之一。

  虽然从表面上来看不会给人以强度很高的感觉,但实际上1根1根的纤维非常结实。将纳米纤维聚合在一起,强度将超过铁。河崎室长对日本经济新闻(中文版:日经中文网)表示,“树木之所以能够长到几米高,靠的正是纤维的支撑”。据称纤维素纳米纤维(CNF)的强度可达到钢铁的5倍,与碳纤维相当。而生产纤维素纳米纤维(CNF)的关键在于如何将1根1根的纤维聚合到一起,以及与什么材料混合。

  此外,纤维素纳米纤维(CNF)还能够弯曲,而且密度只有钢铁的五分之一。简直称得上理想的新材料。日本制纸已经开始携手树脂和化工企业稳步推进共同开发。

      成本为碳纤维的六分之一

  碳纤维也是原发自日本的新型材料,由东丽1971年在全球首次成功实现量产。作为替代钢铁和铝的材料,碳纤维被广泛用于飞机、火箭和医疗器械等。东丽日前从美国波音获得了1万亿日元的飞机碳纤维复合材料订单。但是,在汽车等其他领域的应用仍未取得重大进展,原因在于生产成本高昂。

  碳纤维的价格一般情况下为每公斤3000日元(约合人民币160元)。纤维素纳米纤维(CNF)可以在常温下加工,据此将减少在生产过程中使用的能源,每公斤有可能降至500日元以下。河崎室长对日本经济新闻(中文版:日经中文网)表示,“如果实现量产,价格将进一步下降”。如果用作飞机和汽车等各种交通工具的零部件,能够减轻重量、提高燃效以节约燃料。

  用于汽车保险杠和外板等的聚丙烯和尼龙树脂的成分主要为玻璃纤维,如果将其更换为纤维素纳米纤维(CNF),每辆汽车的重量可以减轻25%。

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