16.12.2019 - Universität Bayreuth

Ligero, fuerte y resistente: Investigadores descubren fibras poliméricas únicas

Fuertes y resistentes, pero ligeros como una pluma, los materiales con esta excepcional combinación de propiedades son urgentemente necesarios en muchos sectores industriales y en la medicina, además de ser de gran interés para la investigación científica. Un equipo de investigación de la Universidad de Bayreuth ha desarrollado fibras poliméricas con estas propiedades. Junto con socios en Alemania, China y Suiza, se caracterizaron las fibras de polímero.

"Las fibras que descubrimos se pueden producir fácilmente utilizando procesos de alta tecnología que ya están establecidos en la industria - y sobre la base de polímeros que están fácilmente disponibles en todo el mundo. Una fibra individual es tan delgada como un cabello humano, pesa menos que una mosca de la fruta y, sin embargo, es muy fuerte: puede levantar un peso de 30 gramos sin rasgarse. Esto corresponde a unas 150.000 veces el peso de una mosca de la fruta. Los experimentos sobre la alta resistencia a la tracción de estas fibras han revelado, además, su elevada tenacidad. Esto significa que cada fibra individual puede absorber mucha energía", explica el Prof. Dr. Andreas Greiner, que dirige el grupo de investigación Química Macromolecular II de la Universidad de Bayreuth y que dirigió el trabajo de investigación. También participaron investigadores del Forschungszentrum Jülich, la Universidad Martin Luther de Halle-Wittenberg, el Fraunhofer-Institute for Microstructure of Materials and Systems (IMWS), la Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen University, la Jiangxi Normal University, Nanchang, y la ETH Zürich.

Debido a sus propiedades únicas, las fibras de polímero son ideales para componentes técnicos que están expuestos a altas cargas. Permiten aplicaciones innovadoras en una amplia variedad de campos, por ejemplo en la industria textil o la tecnología médica, en la ingeniería de automoción o en la industria aeroespacial. Además, las fibras de polímero pueden reciclarse bien.

"Estamos seguros de que los resultados de nuestras investigaciones han abierto la puerta a una nueva clase de materiales con visión de futuro. Las aplicaciones prácticas por parte de la industria pueden esperarse en un futuro próximo. En la ciencia de los polímeros, nuestras fibras serán capaces de proporcionar valiosos servicios en la investigación y desarrollo de materiales funcionales de alto rendimiento", dice Greiner.

La base química de estas prometedoras fibras es el poliacrilonitrilo. Una sola fibra con un diámetro de unos 40.000 nanómetros consta de hasta 4.000 fibrillas ultrafinas. Estas fibrillas están unidas por pequeñas cantidades de un aditivo. Las imágenes de rayos X tridimensionales muestran que las fibrillas dentro de la fibra están casi siempre dispuestas en la misma dirección longitudinal.

"Preparamos estas fibras multifibrilares de poliacrilonitrilo en un laboratorio de electrohilado de la Universidad de Bayreuth y las sometimos a pruebas exhaustivas de sus propiedades y comportamiento. Su fuerza única en combinación con su alta resistencia nunca dejó de fascinarnos", informa el científico de polímeros de Bayreuth, Prof. Dr. Seema Agarwal. El autor principal del estudio publicado en Science es Xiaojian Liao, investigador doctoral en química en Bayreuth. "Estoy muy contento de haber podido contribuir a este éxito de investigación en la ciencia de los materiales como parte de mi tesis doctoral. El intenso contacto interdisciplinario entre la química, la física y las ciencias de los materiales en el campus de Bayreuth ha dado un impulso decisivo en los últimos años", dice Liao.

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