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新的聚合物制造方法可节省大量能源

伊利诺伊大学的研究人员开发了一种新的聚合物固化工艺,与目前的制造工艺相比,该工艺可以减少所需的成本,时间和能源。

周三发表在《自然》杂志上的研究结果仅需要从小型热源快速接触即可通过聚合物传递级联的硬化波,这可能使需要坚固,轻便和耐热零件的汽车,飞机和公共汽车的制造商受益。

根据这项研究,新的聚合工艺所消耗的能源要少10个数量级,并且在当前制造工艺中可以减少两个数量级的时间。

该大学的航空工程学教授和该论文的主要作者斯科特·怀特(Scott White)说:“用于制造飞机和汽车的材料具有出色的热性能和机械性能,但是制造过程在时间,能源和环境方面都非常昂贵。” “我们的目标之一是减少开支并提高产量。”

以飞机组装为例。怀特说,对于美国一家主要生产商而言,仅固化一架大型商用客机的一部分的过程就将消耗96,000千瓦时的能源,并产生80吨以上的二氧化碳,具体取决于能源的来源。

根据美国能源信息署的数据,这大约相当于一年为九座普通房屋供电的电量。

怀特说:“客机制造商使用直径约60英尺,长约40英尺的固化炉。它是一个令人难以置信的庞大结构,里面装有加热元件,风扇,冷却管和各种其他复杂的机械。”

怀特说,在大约24小时的周期内,通过一系列非常精确的步骤,温度升高到了大约176摄氏度,这是“非常耗能的过程”。

研究人员提出,他们可以控制化学反应,以节省聚合物固化过程。

该大学化学教授杰弗里·摩尔(Jeffrey Moore)说:“树脂的化学键中储存了大量能量,可为该过程提供动力。” “发现以适当的速率释放能量的方法,不是太快,但不是太慢,是发现的关键。”

怀特说:“通过在聚合物表面的一个角上接触本质上是烙铁的东西,我们可以引发级联的化学反应波,该波在整个材料中传播。”

怀特说:“一旦触发,反应就利用焓或聚合反应的内能推动反应向前并固化材料,而不是外部能源。”

研究小组证明,这种反应可以在控制良好的实验室环境中生产安全,优质的聚合物。

他们认为该工艺可适应大规模生产,因为它与常用的制造技术(如模压,压印,3-D打印和树脂注入)兼容。

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