NS2060 7分钟完成稳定化，能耗降低80%——德国亚琛大学等离子体技术重大突破！

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近日，德国亚琛应用技术大学（FH Aachen）研究团队正式宣布采用了一种新型等离子体技术，将碳纤维生产中关键的稳定化阶段从60分钟缩短至7分钟，能耗降低80%，生产线长度从30米减少到约4米。

以创新等离子体技术打造更廉价的碳纤维

亚琛应用技术大学表示，目前碳纤维是在炉中由聚丙烯腈（PAN）塑料通过相对复杂且昂贵的过程生产出来的。但有一种更简便的方法也能实现……

碳纤维是复合材料（纤维增强塑料，FRP）中的增强材料，应用于飞机、汽车制造或风力发电机转子等领域。至今，生产碳纤维需要付出相当大的努力。然而，亚琛应用技术大学的研究人员发现，一种特殊的等离子体处理可以更快地获得结果。作为碳原料的纤维由热塑性PAN制成——拜耳公司生产的PAN通常被称为Dralon，或者赫斯特公司生产的Dolan。亚琛的研究人员解释说，这一过程分为两个阶段：纤维的稳定化以及随后的碳化。在稳定化过程中，PAN纤维通常以毫米级的速度穿过一个工业炉——研究人员强调，这个炉子非常庞大，长约30米。纤维在炉中被加热到约300°C，持续60分钟，这当然消耗了大量能源。此外，容纳该炉的大型建筑的成本也十分高昂。然而，如今使用独立等离子体，这一稳定化阶段可以以完全不同的方式进行：

画面里能看到的内容并不多，但据亚琛应用科学大学介绍，这一瞥却展现出一种全新的碳纤维生产方式。正如文中所述，该校正采用创新等离子体技术开展相关研究。

（图片来源：亚琛应用科学大学 / Chr. Schopp）

等离子体技术的重大突破

在研究过程中，研究人员尝试用等离子束处理PAN表面。据介绍，等离子体可以轻松提供足够的能量。但亚琛应用技术大学微波与等离子体技术研究所（IMP）的研究助理Christoph Schopp博士解释说，束状等离子体的能量不可避免地过于集中在纤维局部，导致纤维直接被烧穿。此外，此前人工产生的等离子体也受限于某种部件（如电极）。然而，研究人员如今实现了一项令人兴奋的突破！"我们成功地将等离子体与电极分离，甚至可以根据需要自由地塑造其形态，"IMP所长Holger Heuermann教授补充道。其成果是一种呈圆柱形、脱离了等离子体形成元件的等离子体。这种独立等离子体被制成一种创新装置中的可用工具，使PAN纤维能够无直接接触地穿过等离子体。现在热量均匀地作用于纤维，因此不再发生烧穿现象，并且整个过程可以实现可控的稳定化。

PAN纤维稳定化时间仅为原来的十分之一

研究人员强调，采用新方法，PAN以每秒1毫米的速度穿过装置——实现完全稳定化的总处理时间仅为7分钟（而非之前的60分钟）。因此，稳定化阶段的能源需求大幅降低了80%。此外，生产线长度现在仅为约4米，而非30米。这种方法甚至可以进一步发展为经过优化的、适用于工业规模的配置。据专家介绍，这将涉及将16个创新的等离子体装置以4×4矩阵形式并联排列。这将使纤维在炉中的处理时间缩短至6分钟！研究人员还乐观地认为，经过进一步优化，有望将时间缩短至4分钟。

来源：FH Aachen