Biobased carbon fibers from solution spun lignocellulosic precursors
Tid: Fr 2022-12-02 kl 10.00
Plats: F3, Lindstedtsvägen 26 & 28, Stockholm
Språk: Engelska
Ämnesområde: Fiber- och polymervetenskap
Respondent: Andreas Bengtsson , Fiber- och polymerteknologi, RISE Research Institutes of Sweden AB, Monica Ek
Opponent: Professor Johannes Ganster, Fraunhofer IAP
Handledare: Professor Monica Ek, Fiber- och polymerteknologi, Wallenberg Wood Science Center; Dr Maria Sedin, RISE Research Institutes of Sweden AB; Docent Elisabet Brännvall, Ingenjörspedagogik; Docent Elisabeth Sjöholm, Fiber- och polymerteknologi
QC 2022-11-07
Abstract
Kolfibrer har utmärkta mekaniska egenskaper och en låg densitet, vilket gör dem attraktiva somstyrkebärande komponent i kompositer. Kolfibrer används främst i applikationer där god prestandaöverväger dess höga kostnad, vilken grundar sig i användandet av en dyr fossilbaserad startfibersom konverteras till kolfiber i en energikrävande process, vilket förklarar behovet av billigarekolfibrer från förnyelsebara råvaror. Kolfibrer kan tillverkas från starka cellulosabaseradestartfibrer, men cellulosans låga kolinnehåll resulterar i ett lågt utbyte, vilket leder till en dyrkolfiber. Lignin har ett högre kolinnehåll och har smältspunnits, men den låga styrkan hosstartfibern samt den långa konverteringstiden är utmanande.I detta arbete har kolfibrer utvecklats från lösningsmedelsspunna startfibrer innehållandeblandningar av barrvedslignin och cellulosa. Startfibrerna, innehållande upp till 70% lignin, harspunnits med luftgapsspinning samt våtspinning, där en jonvätska respektive ett vattenbaseratlösningsmedelssystem använts. Att samprocessa cellulosa och lignin var fördelaktigt eftersom denförstnämnda gjorde startfibrerna starka och lätthanterliga medan den sistnämnda ökadekonverteringsutbytet jämfört med cellulosabaserade startfibrer. Kolfibrer framställdes både satsvisoch kontinuerligt under industriellt relevanta tider (<2 timmar), med ett konverteringsutbyte upptill 45% efter tillsats av ett flamskyddsmedel.Dessa kolfibrer har en relativt låg elasticitetsmodul om 75–77 GPa och dragstyrka om 1.2 GPa,vilket är i paritet med kolfibrer från fossilbaserad isotrop stenkolstjära, vilket gör att de kanklassificeras som kolfibrer av intermediär kvalitet. Kolfibrerna har en oordnad turbostratiskgrafitstruktur, och de mekaniska egenskaperna påverkas av konverteringsbetingelserna,startfiberns struktur samt slutdiametern. Dessa kolfibrer kan potentiellt användas som en hållbarkomponent i icke- samt partiellt-styrkebärande applikationer.