케블라를 제치고, 더 가볍고 강력한 변종이 등장했습니다

초고강도 플라스틱 폴리머

When studying ultra-resistant materials, the conversation often veers toward hard metals, from ordinary 철 to more exotic 티타늄, 텅스텐, or 레늄 (follow the link for a dedicated investment report for each).

하지만 이것이 초강력 소재의 유일한 형태는 아닙니다. 또 다른 옵션은 강한 폴리머를 사용하는 것으로, 무게와 유연성이 중요한 응용 분야에 특히 적합하며, 순수한 경도와 높은 녹는점만을 위한 것이 아닙니다.

그러한 잘 알려진 소재 중 하나는 케블라입니다. 듀폰 (DD )이 소유한 이 소재는 방탄 조끼에 사용되는 것으로 가장 유명하며, 로프, 산업 및 비상 보호 장비, 항공우주, 광섬유, 심지어 야외 소비자 제품에도 사용됩니다.

출처: DuPont

케블라 강도의 비밀은 수소 결합과 많은 방향족 고리(탄소로 이루어진 육각형)를 포함한 촘촘한 2D 평면상의 분자 결합 망입니다. 이는 천연 실크와 다소 유사하지만 훨씬 강합니다.

출처: Wikipedia

하지만 케블라가 가장 강한 폴리머 소재라는 물리 법칙은 없습니다. 듀크 대학교, 코넬 대학교, 그리고 노스웨스턴 대학교 연구원들이 더 강력한 대안을 발견했습니다.

They released their results in the prestigious publication Science under the title “Mechanically interlocked two-dimensional polymers”¹.

새로운 유형의 폴리머 체인메일

Kevlar derives its strength from molecular bonds in a 2D plane. But generally, the strongest materials tend to have a more complex 3D structure.

예를 들어, 전체 체인메일은 그것을 구성하는 개별 고리보다 훨씬 강합니다. 연구원들은 이 설계를 폴리머와 분자 수준에서 모방하려고 했습니다.

The idea was to create an ultra-thin mechanically interlocked material.

출처: Northwestern University

새로운 제조 방법 발명

In itself, the interlocking bond idea is not new, but it was never produced reliably or at scale until now. The problem was that creating this mechanical (and not chemical) interlocking was very difficult. Most materials simply would not do it.

연구원들은 X자형 단량체(단량체는 폴리머의 개별 빌딩 블록)를 사용하는 새로운 접근법을 시도했습니다. 각 단량체는 매우 조직된 결정 구조로 배열되었습니다.

그들은 이후 결정이 다른 분자와 반응하도록 하여 결정 내부에 결합을 형성했습니다.

The end result was a complex structure made from multiple layers of 2D interlocked polymer sheets. This created “threads” of x-shaped monomers interlocked with each other mechanically, but not bonded chemically. This mix of mechanical locking and the ability to move against each other made the material surprisingly flexible.

“이것은 체인메일과 유사합니다. 각 기계적 결합이 약간의 슬라이드 자유를 가지고 있어 쉽게 찢어지지 않기 때문입니다.

당겨 보면 적용된 힘을 여러 방향으로 분산시킬 수 있습니다. 그리고 이를 찢어내려면 매우 많은 지점에서 파손시켜야 합니다.

William Dichtel, 노스웨스턴 대학교 화학 교수.

기록적인 성능 및 확장성

The newly invented material displays as much as 100 trillion mechanical bonds per 1 square centimeter, the highest density of mechanical bonds ever achieved in material science. This result was double-checked by advanced electron microscopy techniques, visually confirming the interlocking structure.

이 새로운 소재의 효율성을 테스트하기 위해, 연구원들은 케블라와 같은 계열의 제품인 Ultem(폴리에터이미드)을 사용해 통합 테스트를 진행했습니다. Ultem은 사우디 석유화학 회사 SABIC에 의해 상용화되었습니다.

Ultem은 매우 강한 내열성 및 내화학성을 가진 플라스틱 섬유입니다. 의료 기기, 전자, 자동차, 화학 산업, 항공우주 등 다양한 분야에서 사용됩니다. 또한 3D 프린팅(첨가제) 제조에도 활용될 수 있습니다.

ULTEM은 상업용 항공우주 분야에서 사용이 승인된 몇 안 되는 수지 중 하나입니다. 반복적인 기계적 스트레스에 의해 변형 및 열화되는 경향인 크리프에 대한 저항성 면에서 유사한 열가소성 플라스틱보다 우수합니다.

또한 다양한 연료, 냉각제, 윤활유와 접촉했을 때도 잘 견딥니다. 그 불연성은 FAA 규정 25.853의 인화성 기준을 충족함을 보장합니다.

Sybridge

This initial test of a composite material of 97.5% Ultem fiber and just 2.5% of the newly invented 2D polymer proved radically stronger. This increased the Ultem fiber’s tensile strength by 45% and resistance to stress by 22%.

Another key factor in potential usefulness for manufacturing is that the new material was produced in relatively large quantities, even in a lab’s experimental setting. The researchers made half a kilogram of the new material, a much larger quantity than previous polymers with mechanical bonds.

The method they developed can be used for mass production, as the successive steps of making a crystalline structure and then chemical bonds could be automatized and scaled up.

다음은 무엇인가?

The new material has only started to be analyzed by the researcher team.

So far, every parameter measured seems to point at the polymer to be extraordinarily strong, much more than any polymer material invented so far.

“우리는 아직 해야 할 분석이 많이 남아 있지만, 이 소재가 복합 재료의 강도를 향상시킨다는 것을 알 수 있습니다. 측정한 거의 모든 특성이 어떤 면에서든 뛰어났습니다.”

William Dichtel, 노스웨스턴 대학교 화학 교수.

Testing this material mixed in larger quantities with Ultem, as well as other advanced fibers, will likely be one of the first tests to be performed.

Pure fibers made from it should also be tested and compared to Kevlar and Ultem. The resistance to real-world conditions will also be valuable to fully evaluate the commercial potential of this product.

응용 분야

This discovery builds on the legacy of Northwestern University’s expertise in molecular bonds. It was there that Sir Fraser Stoddart invented molecular-scale mechanical bonds to create molecular machines that switch, rotate, contract, and expand in controllable ways.

스터드 경은 그의 발견으로 2016년 화학 노벨상을 수상했으며 그리고 그는 박사후 연구원 시절 윌리엄 디첼의 멘토였으며, 새로운 “체인메일” 폴리머 발견의 주도 과학자였습니다.

디첼은 이 새로운 폴리머가 경량 방탄복 및 탄도 섬유에 큰 잠재력을 가지고 있다고 평가합니다. 또한 현재 케블라 및/또는 Ultem을 사용하는 다른 모든 응용 분야에도 유용할 가능성이 높습니다.

이 폴리머의 극한 강도, 유연성 및 경량 특성은 현재 폴리머가 충분하지 않은 새로운 응용 분야를 열 수 있습니다. 예를 들어 로켓, 우주복, 배터리 등에 통합될 수 있습니다.

하지만 3D 프린팅은 가능성이 낮습니다. 플라스틱을 부분적으로 녹여 최종 형태를 만드는 적층 제조 방식은 폴리머의 3D 기계적 결합을 방해할 가능성이 있기 때문입니다.

고분자에투자하기

The polymer market is massive, worth as much as $792B in 2024, and expected to grow 5.4% CAGR until 2034 to reach $1.3T.

출처: Precedence Research

여러 중개인을 통해 화학 기업에 투자할 수 있으며, 여기 securities.io에서 미국, 캐나다, 호주, 영국 및 기타 많은 국가의 최고의 중개인에 대한 우리의 추천을 찾을 수 있습니다.

특정 기업을 선택하고 싶지 않다면, iShares STOXX Europe 600 Chemicals UCITS ETF (EXV7) 또는 Vanguard Materials ETF (VAW)와 같은 ETF를 살펴볼 수 있습니다. 이는 화학 산업에 대한 보다 다양화된 노출을 제공할 것입니다.

폴리머 기업

DuPont

DuPont는 케블라, 스티로폼, Nomex(방화), Great Stuff(건축용 접착제) 등과 같은 많은 중요한 브랜드 화학 제품을 보유한 거대한 화학 기업입니다.

DuPont는 복잡한 인수 역사를 가진 오래된 기업이며, 최근에는 일련의 분할을 진행했습니다.

출처: DuPont

These spinoffs have separated from DuPont the departments of nutrition & bioscience partially sold to Corteva Biosciences (CTVA ), titanium products forming the Chemours Company (CC ), and mobility & material.

이 회사는 2025년 11월에 전자 화학 사업부도 분리할 예정이며, 이전 계획과 달리 물 정화 및 탈염을 위한 멤브레인 및 필터 부문은 유지할 것입니다.

출처: DuPont

이로써 DuPont는 물 정화 및 보호 장비용 고급 폴리머와 항공우주, 의료, 전기차용 고급 소재에 핵심 활동을 집중하는 보다 전문화된 기업이 됩니다.

출처: DuPont

DuPont는 물 정화 및 산업 제조 분야에서 특수 화학 물질에 대한 높은 수요를 가진 진정한 국제 기업입니다.

The sectors served by DuPont chemicals are also very varied, including construction, water purification, electronic industry, automotive, aerospace, healthcare, green energy, and industrial production.

출처: DuPont

보호 장비 분야에서 DuPont의 강력한 존재감과 케블라 브랜드의 확립된 위치는 이 기사에서 논의된 새로운 초고강도 폴리머 섬유에 적응하는 데 도움이 될 것입니다. 또한 두 소재를 모두 포함하는 하이브리드 섬유를 만들어 케블라 라인에 이러한 새로운 소재를 통합할 가능성도 있습니다.

어쨌든 새로운 기술과 물 소비가 증가함에 따라 DuPont가 생산하는 고급 화학 물질에 대한 수요도 증가하고 있습니다.

연구 참고문헌:

^{1. Madison I. Bardot et al. (2025) Mechanically interlocked two-dimensional polymers.Science387,264-269. DOI:10.1126/science.ads4968}