日本產業技術綜合研究所于2024年6月25日宣布，他們與大見縐織公司和信州大學的聯合研究團隊共同開發了一種具有與人造絲相媲美的強度和延展性的低環境負荷碳納米管復合纖維素纖維。

研究背景

為了應對自動駕駛技術的普及，需要推廣在輪胎破損時仍能行駛一定距離的防爆輪胎。在防爆輪胎中，具有優異強度和延展性且因熱效應導致性能下降較少的人造絲被廣泛使用。然而，人造絲的制造過程中需要使用毒性很強的二硫化碳作為溶劑。二硫化碳揮發性高，且在制造過程中無法完全回收，因此對環境產生不良影響。因此，人們期望開發出具有與人造絲相似特性但環境負荷更低的纖維材料。

研究進展

之前制備碳纖維復合纖維的方法是將碳納米管逐一分散，這容易導致質量下降。此次研究團隊將碳納米管作為多個束分散在離子液體中。通過上述方法添加0.1wt%的碳納米管，保持了纖維素纖維的強度，同時延展性增加了30%。此外，通過拉伸試驗曲線的延展性和強度的積分表示的韌性增加了40%。

進一步研究表明，在分散液中碳納米管束的尺寸范圍約為400?800nm時，纖維素纖維的延展性得到了提高，而強度未下降。同時，纖維的紡絲速度（最大卷取速度）也增加了30%，提高了生產效率。通過解析纖維的結構，發現將碳納米管束的直徑控制在約10～100nm（與纖維素纖維的中間層次結構相同）并均勻分布在纖維中，可以產生補強效果。

0.1wt%碳納米管復合纖維素纖維的機械性能(a)原料、溶劑，(b)纖維照片，(c)纖維拉伸測試曲線，(d)纖維伸長率隨尺寸的變化碳納米管束。

0.1wt%碳納米管復合纖維素纖維的(a)內部、(b)縱向截面、(c)截面的顯微圖像，(d)各種纖維素纖維的伸長率與強度的關系及已開發產品

該研究團隊今后將推進實用制造工藝的開發和所獲得的復合纖維的試制工作。此外，他們計劃與輪胎制造商合作，對試制品進行評估。

粉體圈 Coco編譯