Разработана технология спайки шелковых волокон в прочный материал

Исследователи из Университета Тафтса, Имперского колледжа Лондона и Мичиганского университета создали новый метод производства композитного материала на основе натурального шелка. Разработанная технология позволяет соединять шелковые волокна в единую структуру, сохраняя при этом их исходную молекулярную организацию и прочностные характеристики.

Процесс основан на применении контролируемого теплового воздействия и давления к предварительно выровненным волокнам шелка. В отличие от традиционных методов производства композитов, новый подход не требует растворения шелка или введения синтетических добавок. Исследователи установили, что оптимальные параметры обработки находятся в диапазоне температур от 125 до 220 градусов Цельсия и давления от 1900 до 9800 атмосфер.

При нагревании аморфные части белковой структуры шелка размягчаются и скрепляют соседние волокна, тогда как кристаллические участки, ответственные за гибкость и прочность материала, остаются неизменными. Результирующая структура на микроскопическом уровне аналогична устройству древесины: пучки выровненных волокон связаны между собой для эффективного распределения нагрузок.

Полученный материал по показателям прочности на разрыв превосходит кость и древесину, приближаясь к характеристикам кевлара. При испытаниях на стойкость к баллистическому удару материал продемонстрировал результаты, сопоставимые с полимерными композитами, армированными углеродным волокном.

Производство начинается с обработки коконных волокон тутового шелкопряда слабым раствором карбоната натрия для удаления серицина — естественного липкого покрытия. Очищенные волокна выравниваются и подвергаются горячему прессованию при точно контролируемых параметрах.

Команда исследователей провела тестирование материала в биомедицинском направлении. Испытания на животных показали слабую иммунную реакцию организма на спаянный шелк, которая ослабевает со временем. Учёные установили возможность регулирования скорости деградации материала в зависимости от условий обработки: менее плотные варианты позволяют постепенно проникать клеткам, тогда как более плотные формы сохраняют стабильность длительное время.

Исследователи предлагают использовать материал в ортопедических имплантатах, включая пластины, винты и крепёжные системы для лечения переломов костей. Дополнительное свойство спаянного шелка — способность поляризовать терагерцовое излучение — может найти применение в будущих технологиях 6G связи, обеспечивающих передачу данных со скоростями, значительно превышающими возможности сетей 5G.

Источник:Interestingeng Iineering