Leicht, stark und zäh
Forscher entdecken einzigartige Polymerfasern
Forschung | Extrem belastbar und zugfest, und dabei zäh und federleicht – Materialien mit diesen Eigenschaften werden in vielen Industriebranchen sowie in der Medizin dringend benötigt. Polymerfasern mit eben diesen Eigenschaften hat jetzt ein Forschungsteam der Universität Bayreuth entwickelt.
»Die von uns entdeckten Fasern können mit High-Tech-Verfahren, die in der Industrie bereits etabliert sind, leicht hergestellt werden und zwar auf der Basis von Polymeren, die weltweit gut verfügbar sind«, erklärt Prof. Dr. Andreas Greiner, Inhaber des Lehrstuhls für Makromolekulare Chemie II an der Universität Bayreuth.
Eine einzelne Faser ist so dünn wie ein menschliches Haar, wiegt weniger als eine Fruchtfliege und ist dennoch sehr stark. Sie kann laut Greiner ein Gewicht von 30 Gramm heben, ohne zu reißen. Dies entspricht etwa dem 150.000-fachen Gewicht einer Fruchtfliege. Bei Experimenten mit der hohen Zugfestigkeit dieser Fasern wird ihre außerordentliche Zähigkeit sichtbar. »Dies bedeutet, dass jede einzelne Faser viel Energie aufnehmen kann«, so Greiner.
Aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften eignen sich die Polymerfasern für technische Bauteile, die hohen Belastungen ausgesetzt sind. Sie ermöglichen Anwendungen auf den verschiedensten Gebieten, beispielsweise in der Textilindustrie oder der Medizintechnik, im Automobilbau oder in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Zudem sind die Polymerfasern gut recycelbar.
Die chemische Basis der Fasern ist Polyacrylnitril (PAN). Eine einzige Faser, die einen Durchmesser von rund 40.000 Nanometern hat, besteht wiederum aus bis zu 4.000 ultradünnen Fibrillen. Diese Fibrillen werden durch geringe Mengen eines Zusatzstoffes verknüpft. Dreidimensionale Röntgenbilder zeigen, dass die Fibrillen innerhalb der Faser fast ausnahmslos in der gleichen Längsrichtung angeordnet sind.
Originalpublikation: Xiaojian Liao, Martin Dulle, Juliana Martins de Souza e Silva, Ralf B. Wehrspohn, Seema Agarwal, Stephan Förster, Haoqing Hou, Paul Smith, Andreas Greiner: High strength in combination with high toughness in robust and sustainable polymeric materials. Science (2019), |
(me)
Schlagworte: Werkstoffe, Polymerfaser, Forschung & Entwicklung
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