De nouvelles nanofibres à la force exceptionnelle

Le nouveau procédé, décrit dans un article du Journal of Materials Science à paraître dans l’édition papier de février 2018 s’appuie sur une méthode d’électrofilage d’un gel (gel electrospinning). Les nanofibres de polyéthylène obtenues ont la particularité de présenter à la fois une forte rigidité, une forte ténacité et une forte résistance. Or, il est souvent difficile de trouver des matériaux dont l’extrême performance d’une de ses qualités n’affaiblit pas une autre. Ainsi, une trop forte rigidité, diminue souvent la ténacité et mène à des fractures du matériau. Mais dans ce cas, les propriétés des fibres obtenues équivalent voire surpassent celles que l’on peut trouver dans des matériaux comme le Kevlar ou le Dyneema utilisés pour les gilets pare-balles.

Une découverte fortuite

Les recherches portaient à l’origine sur la fabrication de fibres de différentes tailles en dessous du micron et sur leur caractérisation. « Il n’y a pas beaucoup de nouveautés en matière de nanofibres de hautes performances depuis des années car ce qui existe déjà est très performant », explique Gregory C. Rutledge, superviseur de ces recherches, dans un article publié par le MIT. « Cependant, ces nouvelles fibres, comparées aux fibres de carbones ou aux fibres céramiques utilisées actuellement sont aussi résistantes mais plus tenaces à la fracture et ce dans une mesure très notable », poursuit-il.

Le principe du procédé

Le procédé mis au point est très similaire au filage de gel (gel spinning) utilisé de manière courante, mais il se réalise en une seule étape et utilise des forces électriques à la place de forces mécaniques pour créer les fibres. Concrètement, le gel de polymère est extrudé via une seringue chauffée dans une chambre où est appliqué un champ électrique. Cela permet de produire des fibres de quelques centaines de nanomètres au lieu de fibres de l’ordre de 15 micromètres. Les chercheurs ont testé de multiples compositions pour le gel (différents solvants et concentration) et examiné les différentes fibres ainsi créées. Il semblerait que plus les fibres sont fines plus leurs performances augmentent. Cette corrélation est pour le moment attribuée à un taux important de cristallinité, à l’orientation des cristallites (monocristaux isolés) combinés à des chaînes de polymères présentant peu de défauts et pouvant glisser facilement entre elles. Mais le fonctionnement exact n’est pas encore percé. Ce procédé présente l’avantage d’être facilement transposable à une échelle industrielle et ouvre des perspectives intéressantes pour la création de nouveaux matériaux composites.

Par Sophie Hoguin