Kohlefasermaterialien werden aufgrund ihrer breiten Anwendungsspanne in Luft- und Raumfahrt, Automobil, Schienentransport, High-End-Medizinprodukten und Sportgeräten an Popularität gewonnen. Die hochfesten Eigenschaften haben in vielen Branchen neue Hoffnung auf die Entwicklung gebracht. Kohlenstofffaser können in ein Erdöl- und Bio-basierte Typen eingeteilt werden. Derzeit hat Kohlefaser auf Erdölbasis eine überlegene Leistung und ein höheres Produktionsvolumen als biologische Kohlefaser, aber letztere hat immer noch ein erhebliches Potenzial.
Kohlefaser auf Erdölbasis dominiert den Markt
Carbonfaserprodukte auf Erdölbasis sind derzeit Marktführer. Dazu gehören Polyacrylnitril (PAN) - basiert, Pitch - basiert und viskose - basierende Kohlenstofffasern. Pan-basierte Kohlenstofffasern machen über 90%der gesamten Kohlenstofffaserproduktion aus, pitchbasierte Fasern machen ungefähr 7%und viskosebasierte Fasern für rund 1%aus. Dieser Unterschied ist hauptsächlich auf Unterschiede in der Leistung und Verarbeitungsschwierigkeiten zurückzuführen. Carbonfaser auf Pan-Basis ist das dominierende Produkt auf dem Markt und der Eckpfeiler der Marktposition von Kohlefasern auf Erdölbasis.
Kohlefaser ist ein erstaunliches dünnes Filament aus fast reinen Kohlenstoffkristallen mit einem Durchmesser von 5 - 10 -Mikrometern. Es hat die fünfmalige mechanische Festigkeit und doppelt so hoch wie die Härte von Stahl. Kohlefaser wurde ursprünglich aus materialienbasierten Materialien wie Cellulose und Rayon hergestellt, später jedoch aufgrund ihrer geringeren Kosten und besseren Leistung durch Produkte auf Erdölbasis ersetzt.
Um Kohlefaser herzustellen, wird Erdöl zuerst in eine hochgiftige Pfanne verarbeitet. Es wird in feine Filamente gezogen und dann in sauerstofffreien Öfen erhitzt. Dieser Produktionsprozess verbraucht jedoch beträchtliche Energie und erzeugt zahlreiche Emissionen und Toxine. Anders als in der Vergangenheit, als die Kosten das Hauptanliegen waren, ist die Nachhaltigkeit jetzt kritischer und Erdöl ist nicht mehr so billig.
Warum biobasierte Kohlefaser entwickeln?
Im Vergleich zu Fasern auf Pan-Basis verfügt biobasierte Kohlefaser mit mittlerer bis niedriger Leistung. Warum also entwickeln? Dies erfordert das Verständnis der Nachteile von Kohlefasern auf Erdölbasis.
Die Kohlefaserproduktion auf Erdölbasis ist energieintensiv, erzeugt schädliche Substanzen und schädigt die Umwelt. Darüber hinaus sind Kohlefaserprodukte schwer zu recyceln, was zu hohen Produktionskosten und Nachbearbeitungsschwierigkeiten führt. Um die Produktionskosten und die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen zu senken, gewinnt die Forschung zu biobasierten Kohlefaservorläufern auf die Aufmerksamkeit. Zum Beispiel werden Lignin, Glycerin und Lignocellulosiker zu alternativen Rohstoffen untersucht.
Umweltschutz ist ein dringendes globales Problem und ein Konsens zwischen allen Ländern. Obwohl Kohlefasermaterialien offensichtliche Vorteile haben, sind sie nicht umweltfreundlich. Daher suchen Wissenschaftler nach Lösungen, und die "Kohlenstoffneutralität" ist zu einer treibenden Kraft für die Entwicklung biobasierter Kohlefaser geworden. Kohlefaser auf Erdölbasis kann keine biologischen Kohlefaser ersetzen, und in Zukunft werden beide Typen parallel entwickeln. Der Schlüssel ist, welche Richtung größere Durchbrüche und Erfolge verzeichnen werden.
