Углеродное волокно может стать немного дешевле благодаря асфальтенам и смолам, получаемым при переработке сырой нефти
При переработке сырой нефти остаётся много вредных побочных продуктов. Новое исследование показывает, что некоторые из этих веществ можно использовать для производства недорогих углеродных волокон, которые, в свою очередь, могут применяться в менее дорогих композитах из углеродного волокна.
Композитный материал, который мы знаем как углеродное волокно, обычно состоит из переплетённых углеродных волокон в сочетании с эпоксидным связующим веществом.
И да, этот материал, как правило, стоит дорого. Это связано с тем, что полиакрилонитрил, который является химическим веществом-прекурсором, из которого обычно получают волокна, сам по себе довольно дорогой. В результате учёные уже некоторое время ищут более экономичные источники углеродного волокна.
Одним из ранее рассматриваемых кандидатов являются молекулярные вещества, известные как асфальтены. Это компоненты сырой нефти, которые отделяются от нефти в процессе очистки. Как можно догадаться по их названию, они используются в производстве асфальта и в других целях.
Их также можно перерабатывать в углеродные волокна, хотя эти волокна легко ломаются. Выход волокна также относительно невелик после заключительного этапа термообработки в процессе прядения, при котором асфальтеновые волокна карбонизируются.
Учитывая эти недостатки, профессор Мани Сарати и его коллеги из Университета науки и технологий имени короля Абдаллы в Саудовской Аравии (KAUST) недавно обратили внимание на другой побочный продукт переработки сырой нефти — смолы.
«Предыдущие исследования нефтяных остатков показали, что смолы стабилизируют молекулы асфальтенов, подчёркивая их сильное молекулярное сродство», — говорит Эдвин Гевара Ромеро, исследователь из лаборатории Сарати. «Это привело нас к гипотезе, что смешивание асфальтенов со смолами может создать синергетический материал для производства углеродного волокна.»
В ходе лабораторных испытаний было установлено, что такие асфальтено-смоляные смеси текут лучше, чем чистые асфальтены, что позволяет получать из них волокна при более низких и энергоэффективных температурах. Волокна также менее склонны к разрыву после карбонизации, что обеспечивает характеристики, аналогичные существующим изотропным углеродным волокнам средней и высокой прочности.
И в качестве дополнительного бонуса сбор асфальтенов и смол должен упростить работу с оставшимися после переработки сырой нефти отходами.
«Традиционно нефтяные остатки использовались в очень низкоценных сферах применения, таких как дорожное покрытие», — говорит Сарати. «При извлечении самых тяжёлых асфальтенов и смол для производства углеродного волокна высокой ценности оставшиеся нефтяные остатки можно с лёгкостью переработать для получения более чистого топлива или ценных малых молекул, что ещё больше повышает экономическую эффективность процесса».