Electrofilage d'une fibre polyacrylonitrile multifibrillaire. Crédit :Université de Bayreuth / Rennecke.
Solides et résistants, mais aussi légers qu'une plume, des matériaux dotés de cette combinaison exceptionnelle de propriétés sont nécessaires de toute urgence dans de nombreux secteurs industriels et en médecine, tout en étant d'un grand intérêt pour la recherche scientifique. Une équipe de recherche de l'Université de Bayreuth a maintenant développé des fibres polymères avec précisément ces propriétés. Avec des partenaires en Allemagne, Chine et Suisse, les fibres polymères ont été caractérisées. Les scientifiques ont publié leurs résultats dans la revue Science .
« Les fibres que nous avons découvertes peuvent être produites facilement à l'aide de procédés de haute technologie déjà établis dans l'industrie et sur la base de polymères facilement disponibles dans le monde entier. Une fibre individuelle est aussi fine qu'un cheveu humain, pèse moins qu'une mouche des fruits, et pourtant il est très solide :il peut soulever un poids de 30 grammes sans se déchirer. Cela correspond à environ 150, 000 fois le poids d'une mouche des fruits. Des expériences sur la haute résistance à la traction de ces fibres ont en outre révélé leur extrême ténacité. Cela signifie que chaque fibre individuelle peut absorber beaucoup d'énergie, " explique le Prof. Dr. Andreas Greiner, qui est à la tête du groupe de recherche Macromolecular Chemistry II à l'Université de Bayreuth, et qui a guidé les travaux de recherche. Des chercheurs du Forschungszentrum Jülich, l'Université Martin Luther de Halle-Wittenberg, l'Institut Fraunhofer pour la microstructure des matériaux et des systèmes (IMWS), l'Université Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, l'Université normale du Jiangxi, Nanchang, et l'ETH Zürich.
En raison de leurs propriétés uniques, les fibres polymères sont parfaitement adaptées aux composants techniques exposés à des charges élevées. Ils permettent des applications innovantes dans une grande variété de domaines, par exemple dans l'industrie textile ou la technologie médicale, en ingénierie automobile, ou dans l'industrie aérospatiale. En outre, les fibres polymères peuvent être recyclées facilement. « Nous sommes certains que les résultats de nos recherches ont ouvert la porte à une nouvelle, classe de matériaux tournée vers l'avenir. Des applications pratiques de la part de l'industrie peuvent être attendues dans un proche avenir. En science des polymères, nos fibres seront en mesure de fournir de précieux services dans la poursuite de la recherche et du développement de matériaux fonctionnels de haute performance, " dit Greiner.
Etirement d'une fibre polyacrylonitrile multifibrillaire. Crédit :Université de Bayreuth / Rennecke.
La base chimique de ces fibres prometteuses est le polyacrylonitrile. Une seule fibre d'un diamètre d'environ 40, 000 nanomètres se compose de jusqu'à 4, 000 fibrilles ultra-fines. Ces fibrilles sont liées par de petites quantités d'un additif. Les images radiographiques tridimensionnelles montrent que les fibrilles à l'intérieur de la fibre sont presque toujours disposées dans la même direction longitudinale. « Nous avons préparé ces fibres de polyacrylonitrile multifibrillaire dans un laboratoire d'électrofilage à l'Université de Bayreuth et les avons testées de manière approfondie pour leurs propriétés et leur comportement. Leur résistance unique associée à un degré élevé de ténacité n'a jamais cessé de nous fasciner, " rapporte le scientifique des polymères de Bayreuth, le professeur Dr. Seema Agarwal.
