▲伊利诺伊大学的研究人员Philippe Geubelle（左）, Scott White, Nancy Sottos和Jeffrey Moore开发了一种新的聚合物固化工艺，可缩短工时，降低能耗。
美国伊利诺伊大学的研究人员近日开发了一种可能使汽车、飞机制造商们获益匪浅的新聚合物固化工艺。该工艺只需小型热源就可在短时间内完成聚合物制造。据《自然》报道称，与目前的技术相比，新聚合工艺可降低10个数量级的能耗，并减少2个数量级的工时。“这将是半个世纪以来，高性能聚合物和复合制造业的首个重大进展。” 论文第一作者、航空航天工程教授Scott White说，“用于飞机、汽车制造的材料需要良好的耐热性和机械性能，但这类材料的制造往往耗时长、耗能高、对环境有影响。我们的目标之一是降低成本，提高产量。”
White分析说，以飞机组装为例，对于美国某主要制造商来讲，仅一架大型商用客机一个部件的固化过程就需要消耗96000千瓦·时能量，并产生80吨二氧化碳（具体数据取决于能源来源）。据美国能源情报署的数据，这相当于9个普通家庭一年所需的用电量。“飞机制造商使用的是一个直径约60英尺，长约40英尺的固化炉。这是一个布满加热元件、风扇和冷却管等部件的复杂设备，”White说：“在大约24小时的周期内，固化炉温度升至约350华氏度。这是一个令人惊讶的能源密集型过程。”
聚合物工艺研究团队隶属于伊利诺伊大学贝克曼先进科学与技术研究所。其成员除White外，还包括化学教授、贝克曼研究所所长Jeffrey Moore，航空工程教授兼系主任Philippe Geubelle以及材料科学与工程教授Nancy Sottos。他们提出，可以通过控制化学反应性，优化聚合物固化工艺。Moore说：“树脂的化学键中储存了可用于推进固化过程的大量能量。以恰当的速率释放能量，是这一工艺的关键。”White说：“通过‘烙铁’（本质上讲）接触聚合物表面一角，可以在整个材料中触发一种级联化学反应波。反应一旦触发，将在焓或聚合反应内部能量的推动下继续进行，进而使聚合物固化。整个过程不再需要外部能源。”
Sottos说：“采用这种工艺，可以节省时间和能源。我们可以通过在多个点触发固化反应以提高制造速度，但这必须非常谨慎。否则两列反应波在相遇点会形成热峰，进而导致材料产生缺陷——随着时间推移，材料会因此降解。”
该团队证实，在良好控制的实验室条件下，利用新聚合物技术可以制造安全、高质量的聚合物。他们认为，新聚合物技术与常用制造技术（成型、3D打印等）具有兼容性，因此可以适应规模化生产。
编译：雷鑫宇 审稿：西莫 责编：李雪
