Fibras de polímero únicas: ligeras, fuertes y resistentes

Electrospinning de una fibra de poliacrilonitrilo multifibrilar. Imagen: Universidad de Bayreuth / Rennecke.

Una investigación reciente, desarrollada por un equipo de la Universidad de Bayreuth y junto con socios de Alemania, China y Suiza, caracterizó las fibras de polímero para conseguir que adquieran características especiales que le permitan ser más eficientes para mercados de la salud y la industria. Los resultados de esta investigación fueron publicados en la revista Science y un resumen de ellos fue compartido por la organización de la feria K.

“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 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 romperse. Esto corresponde a aproximadamente 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 alta tenacidad. Esto significa que cada fibra puede absorber mucha energía”, explica el profesor Dr. Andreas Greiner, jefe del grupo de investigación de química macromolecular II en la Universidad de Bayreuth, y quien dirigió el trabajo de investigación.

También participaron investigadores del Forschungszentrum Jülich, la Universidad Martin Luther Halle-Wittenberg, el Instituto Fraunhofer para Microestructura de Materiales y Sistemas (IMWS), la Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen University, la Universidad Normal de Jiangxi, Nanchang y la ETH.

Gracias 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 para tecnología médica, en la ingeniería automotriz o en la industria aeroespacial. Además, las fibras de polímero pueden reciclarse bien.

“Estamos seguros de que los resultados de nuestra investigación han abierto la puerta a una nueva clase de materiales con visión de futuro. Se pueden esperar aplicaciones prácticas por parte de la industria en el futuro cercano. 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 aproximadamente 40,000 nanómetros consiste en 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 para electrohilado en la Universidad de Bayreuth y las probamos exhaustivamente por sus propiedades y comportamiento. Su resistencia única, en combinación con una alta tenacidad, nunca dejó de fascinarnos”, informó 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 al éxito de esta investigación en la ciencia de los materiales como parte de mi tesis doctoral. El intenso contacto interdisciplinario entre química, física y ciencias de los materiales en el campus de Bayreuth ha dado un impulso crítico en los últimos años”, puntualizó Liao.