Flytt Kevlar til side, en lettere, sterkere variant er her

Ultra-sterke plastpolymerer

Når man studerer svært motstandsdyktige materialer, dreier samtalen ofte mot harde metaller, fra vanlig jern til mer eksotisk titan, wolfram eller rhenium (følg lenken for en egen investeringsrapport om hvert metall).

Dette er imidlertid ikke den eneste typen ultrasterkt materiale. Et annet alternativ er å bruke sterke polymerer, særlig i bruksområder der lav vekt og fleksibilitet er like viktig som ren hardhet og høyt smeltepunkt.

Et kjent materiale av denne typen er Kevlar. Materialet eies av DuPont (DD ) og er mest kjent fra skuddsikre vester. Det brukes også i tau, industrielt verneutstyr og nødutstyr, luftfart, fiberoptikk og til og med friluftsprodukter.

Kilde: DuPont

Hemmeligheten bak Kevlars styrke er et tett nett av molekylbindinger i et stramt todimensjonalt plan, blant annet hydrogenbindinger og mange aromatiske ringer (sekskanter av karbon). Strukturen ligner til en viss grad naturlig silke, men er enda sterkere.

Kilde: Wikipedia

Det finnes likevel ingen fysisk lov som sier at Kevlar er det sterkeste polymermaterialet. Forskere ved Duke University, Cornell University og Northwestern University har oppdaget et enda sterkere alternativ.

De publiserte resultatene i det anerkjente tidsskriftet Science under tittelen «Mekanisk sammenlåste todimensjonale polymerer»¹.

En ny type ringbrynje av polymer

Kevlar får styrken sin fra molekylbindinger i et todimensjonalt plan. De sterkeste materialene har imidlertid ofte en mer kompleks tredimensjonal struktur.

En hel ringbrynje er for eksempel mye sterkere enn de enkelte ringene den består av. Forskerne forsøkte å etterligne dette prinsippet med polymerer på molekylnivå.

Målet var å lage et ultratynt materiale med mekanisk sammenlåste deler.

Kilde: Northwestern University

En ny produksjonsmetode

Ideen om sammenlåste bindinger er ikke ny, men før nå hadde ingen klart å produsere dem pålitelig eller i stor skala. Det var svært vanskelig å skape en mekanisk, og ikke kjemisk, sammenlåsing. De fleste materialer ville rett og slett ikke danne en slik struktur.

Forskerne valgte en ny tilnærming med X-formede monomerer (en monomer er den enkelte byggesteinen i polymerer). Hver monomer ble deretter ordnet i en svært organisert krystallstruktur.

Deretter lot de krystallen reagere med et annet molekyl, slik at det ble dannet bindinger inne i krystallen.

Resultatet var en kompleks struktur av flere lag med sammenlåste todimensjonale polymerark. Dette skapte «tråder» av X-formede monomerer som var mekanisk sammenlåst, men ikke kjemisk bundet. Kombinasjonen av mekanisk låsing og muligheten til å bevege seg mot hverandre gjorde materialet overraskende fleksibelt.

«Det ligner ringbrynje ved at det ikke lett kan rives i stykker, fordi hver mekanisk binding har litt frihet til å gli.

Når man trekker i det, kan det fordele kraften i flere retninger. Hvis man vil rive det fra hverandre, må man bryte det på svært mange forskjellige steder.»

William Dichtel, professor i kjemi ved Northwestern University.

Rekordytelse og skalerbarhet

Det nye materialet har opptil 100 billioner mekaniske bindinger per kvadratcentimeter, den høyeste tettheten av mekaniske bindinger som er oppnådd i materialvitenskap. Resultatet ble dobbeltsjekket med avansert elektronmikroskopi, som visuelt bekreftet den sammenlåste strukturen.

For å teste hvor effektivt det nye materialet kunne være, integrerte forskerne det med et produkt i samme familie som Kevlar: Ultem (polyeterimid), som selges av det saudiarabiske petrokjemiselskapet SABIC.

Ultem er en plastfiber med svært høy varme- og kjemikaliebestandighet. Den brukes blant annet i medisinsk utstyr, elektronikk, bilindustrien, kjemisk industri og luftfart. Den kan også brukes i 3D-printing (additiv produksjon).

ULTEM er blant de få harpiksene som er godkjent for kommersiell luftfart. Den motstår kryp bedre enn sammenlignbare termoplaster, altså tendensen materialer har til å deformeres og brytes ned under gjentatt mekanisk belastning.

Materialet tåler også kontakt med ulike drivstoff, kjølevæsker og smøremidler. Flammebestandigheten gjør at det oppfyller FAA-forskrift 25.853 om brennbarhet.

Sybridge

Den første testen med et komposittmateriale som besto av 97,5 % Ultem-fiber og bare 2,5 % av den nye todimensjonale polymeren, ga et radikalt sterkere materiale. Strekkfastheten til Ultem-fiberen økte med 45 %, og motstanden mot belastning økte med 22 %.

En annen viktig faktor for mulig bruk i produksjon er at forskerne klarte å fremstille forholdsvis store mengder av materialet, selv i et eksperimentelt laboratorieoppsett. De laget et halvt kilo, langt mer enn tidligere polymerer med mekaniske bindinger.

Metoden kan brukes til masseproduksjon, fordi de påfølgende trinnene med å lage en krystallstruktur og deretter kjemiske bindinger kan automatiseres og skaleres opp.

Hva blir det neste?

Forskergruppen har bare så vidt begynt å analysere det nye materialet.

Så langt tyder alle målte parametere på at polymeren er usedvanlig sterk, langt sterkere enn noe polymermateriale som tidligere er utviklet.

«Vi har mye mer analysearbeid foran oss, men vi kan allerede se at materialet øker styrken til disse komposittmaterialene. Nesten alle egenskapene vi har målt, har vært eksepsjonelle på en eller annen måte.»

William Dichtel, professor i kjemi ved Northwestern University.

En av de første videre testene blir trolig å blande større mengder av materialet med Ultem og andre avanserte fibre.

Det bør også fremstilles rene fibre av materialet og sammenlignes med Kevlar og Ultem. Motstand mot forhold i den virkelige verden vil være viktig for å kunne vurdere produktets kommersielle potensial fullt ut.

Bruksområder

Oppdagelsen bygger videre på Northwestern Universitys lange ekspertise innen molekylbindinger. Det var der Sir Fraser Stoddart utviklet mekaniske bindinger på molekylnivå for å lage molekylmaskiner som kan skifte, rotere, trekke seg sammen og utvide seg på kontrollerte måter.

Sir Stoddart fikk Nobelprisen i kjemi i 2016 for oppdagelsen og var mentor for William Dichtel da Dichtel var postdoktor. Dichtel er hovedforskeren bak den nye polymeren som minner om ringbrynje.

Dichtel mener den nye polymeren har stort potensial for lett kroppsbeskyttelse og ballistiske tekstiler. Den kan trolig også brukes i andre bruksområder som i dag benytter Kevlar og/eller Ultem.

Polymerens ekstreme styrke, fleksibilitet og lave vekt kan også åpne nye bruksområder der dagens polymerer ikke er tilstrekkelige. Den kan for eksempel integreres i raketter, romdrakter og batterier.

3D-printing er derimot et lite sannsynlig bruksområde, fordi additiv produksjon delvis smelter plasten for å gi den endelig form og dermed trolig vil ødelegge polymerens tredimensjonale mekaniske bindinger.

Investere i polymerer

Polymermarkedet er enormt. Det var verdt opptil 792 milliarder dollar i 2024 og forventes å vokse med en årlig sammensatt vekstrate på 5,4 % frem til 2034, da det kan nå 1,3 billioner dollar.

Kilde: Precedence Research

Du kan investere i kjemiselskaper gjennom mange meglere. Her på Securities.io finner du våre anbefalinger for de beste meglerne i USA, Canada, Australia, Storbritannia og mange andre land.

Hvis du ikke ønsker å velge enkeltbedrifter, kan du også vurdere ETF-er som iShares STOXX Europe 600 Chemicals UCITS ETF (EXV7) eller Vanguard Materials ETF (VAW). De gir en mer diversifisert eksponering mot kjemiindustrien.

Polymerselskap

DuPont

DuPont er et stort kjemiselskap med mange viktige merkevarekjemikalier, blant annet Kevlar, Styrofoam, Nomex (brannbeskyttelse) og Great Stuff (byggelim).

DuPont er et gammelt konsern med en kompleks oppkjøpshistorie og, i nyere tid, en serie utskillelser.

Kilde: DuPont

Gjennom disse utskillelsene har DuPont skilt ut avdelingene for ernæring og biovitenskap, som delvis ble solgt til Corteva Biosciences (CTVA ), titanproduktene som ble Chemours Company (CC ), samt mobilitet og materialer.

Selskapet skal også skille ut virksomheten for elektronikkjemikalier i november 2025, men beholde vannsegmentet (membraner og filtre for vannrensing og avsalting), i motsetning til tidligere planer.

Kilde: DuPont

Dette vil gjøre DuPont til et langt mer fokusert selskap, med kjernevirksomhet innen avanserte polymerer for vannrensing og verneutstyr, samt avanserte materialer for luftfart, helsevesen og elbiler.

Kilde: DuPont

DuPont er et virkelig internasjonalt konsern, med stor etterspørsel etter spesialkjemikalier til vannrensing og industriproduksjon.

DuPonts kjemikalier betjener også svært ulike sektorer, blant annet bygg og anlegg, vannrensing, elektronikk, bilindustri, luftfart, helsevesen, grønn energi og industriproduksjon.

Kilde: DuPont

DuPonts sterke posisjon innen verneutstyr og den etablerte Kevlar-merkevaren bør hjelpe selskapet med å tilpasse seg nye ultrasterke polymerfibre som den som omtales her. Det er også mulig at slike materialer kan innlemmes i Kevlar-serien gjennom hybridfibre som kombinerer begge.

Etter hvert som ny teknologi og vannforbruket vokser, øker uansett etterspørselen etter de avanserte kjemikaliene DuPont produserer.

Studierreferanse:

^{1. Madison I. Bardot et al. (2025) Mekanisk sammenlåste todimensjonale polymerer.Science387,264-269. DOI:10.1126/science.ads4968}