15/12/2010 - Une nouvelle génération de fibres de haute performance est née plus forte et plus résistante que les fibres de Kevlar.

Menéame

Ingénieurs et chercheurs de l’Université de Northwestern ont développé par des méthodes de nanoingénierie un nouveau type de fibre qui remplit des conditions de force et de résistance plus élevées que les fibres de Kevlar ou de poly-para----a-bromate terreftalamide. La découverte combine des nanotubes de carbone et un polymère, ce qui augmente la fiabilité des nouvelles fibres. Pour Pablo Javier Piacente.

Une nouvelle génération de fibres plus robustes et plus résistantes que le Kevlar, considéré comme le matériau de meilleure qualité actuellement pour certaines fonctions industrielles, est née sur la base d’une recherche menée par des spécialistes de l’Université Northwestern. La nouvelle fibre intègre des nanotubes de carbone et un polymère, garantissant d’excellents paramètres de force et de résistance.

Cette avancée s’est concrétisée par l’effort d’une équipe pluridisciplinaire dirigée par Horacio Espinoza, de l’École McCormick d’ingénierie et de sciences appliquées de Northwestern University, et composée d’experts d’autres universités et de MER Corporation. Le travail a mérité des articles dans les médias spécialisés ACS Nano, de l’American Chemical Society, et Science Today, entre autres, avec un communiqué de presse de l’Université Northwestern.

En utilisant des méthodes d’essai avec microscopie électronique, le groupe a été en mesure de tester et d’examiner les nouvelles fibres à différentes échelles, de l’échelle nano à l’échelle macro, en parvenant à comprendre exactement comment la performance du matériau est affectée par diverses interactions.

L’objectif de la recherche est de développer des fibres de nouvelle génération qui exhibaient une résistance et une dureté accrues. Les chercheurs veulent en même temps surmonter un inconvénient actuel des fibres, qui peuvent être fortes ou ductiles, sans combiner les deux avantages. La nouvelle génération essaie d’intégrer ces deux conditions.

Résistants, forts et ductils

Les fibres développées ont montré une forte ductilité et, en même temps, une résistance très élevée. Ils peuvent donc absorber et dissiper de grandes quantités d’énergie sans enregistrer de failles ou de séquelles. Dans le même temps, la résistance du matériau atteint des niveaux jamais mis en évidence auparavant.

La nouvelle génération de fibres enregistrerait une grande variété d’applications dans le domaine de la défense et dans l’industrie aérospatiale. Le projet fait partie des initiatives prises dans le cadre du Département de la défense multidisciplinaire de l’Université de recherche (MURI).

Ce programme soutient les recherches qui combinent plus d’une discipline scientifique traditionnelle avec l’ingénierie. Par ailleurs, Espinosa et ses collaborateurs ont reçu 7,5 millions de dollars des États-Unis. Army Research Office, sachant que la nouvelle fibre pourrait être utilisée sur les gilets pare-balles ou parachutes. En outre, il pourrait intégrer les matériaux composites utilisés dans les véhicules, les avions et les satellites militaires.

Pour créer la nouvelle fibre, les chercheurs ont commencé à utiliser des nanotubes de carbone, molécules de carbone en forme cylindrique qui ont individuellement l’une des plus grandes forces de n’importe quel matériau dans la nature. Cependant, ils perdent leur force en se mettant ensemble. La grande avancée de cette équipe de recherche a été l’incorporation d’un polymère dans les nanotubes de carbone.

Optimisation et étude du matériel

Grâce à ce polymère, une liaison plus efficace des nanotubes de carbone a pu être vérifiée, ce qui a permis de maintenir la résistance et la force du matériau. Le testage par microscope électronique à balayage ou SEM (Scanning Electron Microscope) a permis d’examiner les paquets individuels des nanotubes et de la fibre dans leur ensemble.

Après toutes ces études, le groupe de recherche a réussi à comprendre le fonctionnement de ce matériel à plusieurs échelles. L’objectif à l’avenir est d’accroître la connaissance sur les plus petites échelles, afin de concevoir des fibres encore plus fortes et résistantes.

Le résultat de ces recherches est l’obtention d’un matériau plus résistant que le Kevlar, avec la capacité d’absorber l’énergie sans se casser. Cependant, le Kevlar reste encore plus efficace sur d’autres points, donc les chercheurs espèrent continuer à étudier les caractéristiques de la nouvelle fibre pour optimiser son développement.

Selon les spécialistes, si les interactions entre les paquets de nanotubes de carbone pouvaient être améliorées, le matériau pourrait être encore plus fort. C’est ainsi que le groupe de chercheurs étudie diverses techniques pour obtenir une meilleure ingénierie dans ces interactions. Cette recherche a également été financée par l’Office of Naval Research.

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