Owocem badań specjalistów od inżynierii materiałowej z Tufts University, Imperial College London, i University of Michigan jest nowy biomateriał o atrakcyjnych właściwościach, uzyskiwany nowym sposobem z włókien jedwabiu.
Białkowe włókna jedwabiu, wytwarzane naturalnie przez jedwabniki – motyle z rodziny prządkowatych, od tysięcy lat służą do produkcji przędzy, z której uzyskuje się lekkie, gładkie i połyskliwe tkaniny, które ze względu na żmudny procesu otrzymywania do dzisiaj stanowią towar luksusowy.
Przy globalnej produkcji jedwabiu, dochodzącej do 180 tys. ton rocznie, rozpatrywane jest także wykorzystanie jego włókien do zastosowań inżynierskich, tym bardziej, że są one jednymi z najwytrzymalszych włókien naturalnych. W tym kontekście wyzwaniem okazuje się przetworzenie włókien jedwabiu w ciało stałe, w taki sposób, by nie utraciły naturalnych zalet. Dotychczas stosowane metody wiązały się z rozkładem struktury włókien w celu uzyskania surowca w postaci białek. Prezentowane podejście opracowano pod kątem wytworzenia litego surowca z zachowaniem naturalnej mikrostruktury włókien, nadającej siłę materiałowi.
W pierwszej kolejności naturalne włókna jedwabiu poddano płukaniu w łagodnym roztworze węglanu sodu, w celu rozpuszczenia serycyny, jednego ze składników jedwabiu, sklejającego ze sobą włókna. Po odsączeniu i wstępnej orientacji włókien, poddano je spiekaniu w temperaturze między 125 a 215 °C, pod ciśnieniem od 1900 do 9800 atmosfer. Wraz ze wzrostem temperatury i ciśnienia, amorficzne regiony włókien ulegają spieczeniu bez naruszenia struktury regionów krystalicznych. Zbyt wysoka temperatura może jednak doprowadzić do degradacji białka i kruchości materiału.
Związanie włókien w strukturze spieczonego materiału pozwala na lepsze przenoszenie naprężeń, co przekłada się na na wyjątkową wytrzymałość tak otrzymanego materiału. Odnotowano wytrzymałość na zginanie na poziomie do 510 MPa i na rozciąganie do 45 MJ m−3. Spiekany jedwab może okazać się konkurencyjny nie tylko dla drewna i tworzyw sztucznych, lecz także dla zaawansowanych materiałów inżynierskich, takich jak kompozyty wzmocnione włókami szklanymi, węglowymi czy aramidowymi. Testy wykazały, że spiekany jedwab charakteryzuje się większą odpornością na udar balistyczny niż CFRP.
now.tufts.edu
