木質素是來源于生物質加工的剩余材料。

     “找到木質素的新用途可以提高整個生物精煉過程的經濟性。”ORNL的項目負責人Amit Naskar表示。

     研究人員們將熔融穩定的硬木木質素與傳統塑料——低熔點的尼龍以及碳纖維結合在一起，創造出了一種復合材料。

     該復合材料的特性恰到好處，適合于擠出，并可在打印過程中確保層間的焊接強度，同時還擁有出色的力學性能。

     這項研究很微妙：木質素易于炭化，與諸如石油基熱塑性塑料制成的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）不同，它只能被加熱到一定溫度而軟化，然后從3D打印噴嘴中擠出。如果長時間暴露在高溫下，會顯著增加其黏度，從而使其變得太厚而不易被擠出。

     但是，當研究人員將木質素與尼龍結合在一起時，他們發現了一個驚人的結果： 這種復合材料的室溫剛性提高了，而其熔融黏度減低了。

     這種木質素-尼龍材料擁有類似尼龍的拉伸強度，而實際上其黏度要比傳統的ABS或耐沖擊聚苯乙烯要低。

     這些科學家們在高通量同位素反應堆中進行了中子散射，并在納米相材料科學中心（DOE 在ORNL的科學用戶設施辦公室）使用高級顯微鏡來探索復合材料的分子結構。

     他們發現，木質素與尼龍的結合，似乎為復合材料帶來了潤滑或塑化的效果。

     “木質素的結構特征對于增強材料的3D打印能力至關重要。”參與此項目的ORNL的Ngoc Nguyen表示。

     科學家們還能夠混合更高比例的木質素——重量百分比在40%～50%，這是對木質素基打印材料探索而取得的新成就。

     然后，ORNL的科學家們將4%～16%的碳纖維添加到該混合物中。這種新的復合材料更易于加熱，對于更快的打印速度而言，流動也更快，從而能夠獲得更強的產品。

     “ORNL世界一流的材料表征與合成能力，對于應對挑戰，以將像木質素之類的副產品轉變成聯產品，從而為行業創造潛在的新收入來源，以及為先進制造創造新的可再生復合材料是至關重要的。”能源與環境科學實驗室副主任Moe Khaleel表示。

     這種木質素-尼龍復合材料正在申請專利，提煉材料以及尋找其他處理方法的工作正在進行之中。