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碳纖維之後是木材纖維

2014/12/22

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  目前,可以用作飛機和汽車主要材料的碳纖維備受世人關注。但可能取代碳纖維的「後碳纖維時代」的開發也在悄然進行。

  有希望成為未來主角的是被稱為纖維素奈米纖維(CNF)的「木材纖維」,生産成本只有碳纖維的六分之一。為了揭開「木材纖維」的面紗,日本經濟新聞(中文版:日經中文網)聯絡了多家開發該纖維的企業,但是大部分都選擇避而不談。

      未來主角登場

  最終,「日本製紙」接受了日本經濟新聞(中文版:日經中文網)的採訪。該公司CNF事業推進室的河崎雅行室長表示:「CNF的原料是木材,但是卻比鐵更硬更輕」。「請看這裡,看起來只是普通的液體,但其實這是CNF」,河崎拿著燒杯説。燒杯中裝有稠糊狀的液體。實在難以相信它比鐵更硬。

工作人員向記者展示CNF
  將普通的樹木切碎成相當於原來千分之一大小的木材碎片,然後將木材碎片加工成紙漿,之後進一步將紙漿分解成千分之一大小的木材纖維。到這裡的加工工程與製紙方法沒什麼區別。

  放大觀察木材纖維會發現,它由無數的奈米纖維束構成。添加名為「TEMPO」的化學試劑可將成束的奈米纖維分解成1根1根的纖維。1根奈米纖維的直徑僅為3~4奈米,相當於人類頭髮絲的兩萬分之一。

  雖然從表面上來看不會給人以強度很高的感覺,但實際上1根1根的纖維非常結實。將奈米纖維聚合在一起,強度將超過鐵。河崎室長對日本經濟新聞(中文版:日經中文網)表示,「樹木之所以能夠長到幾米高,靠的正是纖維的支撐」。據稱纖維素奈米纖維(CNF)的強度可達到鋼鐵的5倍,與碳纖維相當。而生産纖維素奈米纖維(CNF)的關鍵在於如何將1根1根的纖維聚合到一起,以及與什麼材料混合。

  此外,纖維素奈米纖維(CNF)還能夠彎曲,而且密度只有鋼鐵的五分之一。簡直稱得上理想的新材料。日本製紙已經開始攜手樹脂和化工企業穩步推進共同開發。

      成本為碳纖維的六分之一

  碳纖維也是原發自日本的新型材料,由東麗1971年在全球首次成功實現量産。作為替代鋼鐵和鋁的材料,碳纖維被廣泛用於飛機、火箭和醫療器械等。東麗日前從美國波音獲得了1萬億日元的飛機碳纖維複合材料訂單。但是,在汽車等其他領域的應用仍未取得重大進展,原因在於生産成本高昂。

  碳纖維的價格一般情況下為每公斤3000日元(約合人民幣160元)。纖維素奈米纖維(CNF)可以在常溫下加工,據此將減少在生産過程中使用的能源,每公斤有可能降至500日元以下。河崎室長對日本經濟新聞(中文版:日經中文網)表示,「如果實現量産,價格將進一步下降」。如果用作飛機和汽車等各種交通工具的零部件,能夠減輕重量、提高燃效以節約燃料。

  用於汽車保險桿和外板等的聚丙烯和尼龍樹脂的成分主要為玻璃纖維,如果將其更換為纖維素奈米纖維(CNF),每輛汽車的重量可以減輕25%。

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