Kevlar Kenara Çekilsin, Daha Hafif, Daha Güçlü Bir Varyant Burada

Ultra Güçlü Plastik Polimerler

Ultra dirençli malzemeleri incelerken, konuşma genellikle sıradan metallerden sert metallere doğru yönelir. Demir daha egzotik titanyum, tungstenya da renyum (Her biri için özel yatırım raporuna ulaşmak için bağlantıyı takip edin).

Ancak bu, ultra güçlü malzemenin tek biçimi değildir. Bir diğer seçenek, özellikle ağırlık ve esnekliğin de önemli olduğu uygulamalar için, sadece saf sertlik ve yüksek erime noktasının değil, güçlü polimerlerin kullanılmasıdır.

Bu tür iyi bilinen malzemelerden biri Kevlar'dır. DuPont (DD + 0.5%) Sahip olunan malzeme en çok kurşun geçirmez yeleklerde kullanımıyla ünlüdür ve ayrıca halatlar, endüstriyel ve acil durum koruyucu ekipmanları, havacılık, fiber optik ve hatta açık hava tüketici ürünleri için de kullanılır.

Kaynak: DuPont

Kevlar'ın dayanıklılığının sırrı, sıkı bir 2 boyutlu düzlemde hidrojen bağları ve çok sayıda aromatik halka (karbonlardan oluşan altıgenler) da dahil olmak üzere yoğun bir moleküler bağ ağıdır; doğal ipeğe benzer, ancak daha da güçlüdür.

Kaynak: Vikipedi

Ancak Kevlar'ın en güçlü polimer malzeme olduğunu söyleyen bir fizik kuralı yoktur. Duke Üniversitesi, Cornell Üniversitesi ve Northwestern Üniversitesi'ndeki araştırmacılar tarafından daha da güçlü bir alternatif keşfedildi.

Sonuçlarını saygın bilim dergisi Science'da "Mekanik olarak birbirine kenetlenmiş iki boyutlu polimerlerbaşlıklı bir kılavuz yayınladı¹.

Yeni Bir Polimer Zincir Zırh Türü

Kevlar gücünü 2 boyutlu bir düzlemdeki moleküler bağlardan alır. Ancak genel olarak en güçlü malzemeler daha karmaşık bir 3 boyutlu yapıya sahip olma eğilimindedir.

Örneğin, zincir zırh bir bütün olarak onu oluşturan tek tek halkalardan çok daha güçlüdür. Ve araştırmacıların taklit etmeyi amaçladığı tasarım da budur, ancak polimerlerle ve moleküler düzeyde.

Amaç, mekanik olarak birbirine kenetlenen ultra ince bir malzeme yaratmaktı.

Kaynak: Northwestern Üniversitesi

Yeni Bir Üretim Yöntemi İcat Etmek

Kendi başına, birbirine geçen bağ fikri yeni değil, ancak şimdiye kadar güvenilir veya ölçekli bir şekilde üretilmemişti. Sorun, bu mekanik (ve kimyasal olmayan) birbirine geçen bağın yaratılmasının çok zor olmasıydı. Çoğu malzeme bunu yapamazdı.

Araştırmacılar, X şeklindeki monomerleri kullanma konusunda yeni bir yaklaşım benimsediler (bir monomer, polimerlerin bireysel yapı taşıdır). Daha sonra her monomer çok düzenli bir kristal yapıda düzenlendi.

Daha sonra kristalin başka bir molekülle reaksiyona girmesini sağlayarak kristalin içinde bağlar oluşturdular.

Sonuç, 2D birbirine kenetlenmiş polimer levhaların çoklu katmanlarından oluşan karmaşık bir yapıydı. Bu, mekanik olarak birbirine kenetlenen ancak kimyasal olarak bağlanmayan x şeklindeki monomerlerin "ipliklerini" oluşturdu. Mekanik kilitleme ve birbirine karşı hareket etme yeteneğinin bu karışımı, malzemeyi şaşırtıcı derecede esnek hale getirdi.

"Zincir zırha benzer, çünkü mekanik bağların her biri biraz kayma özgürlüğüne sahip olduğundan kolayca yırtılamaz.

Çekerseniz, uygulanan kuvveti birden fazla yöne dağıtabilir. Ve onu parçalamak isterseniz, onu birçok, birçok farklı yerinden kırmak zorunda kalırsınız."

William Dichtel, Northwestern Üniversitesi Kimya Profesörü.

Rekor Performans ve Ölçeklenebilirlik

Yeni icat edilen malzeme, 100 santimetre kare başına 1 trilyon kadar mekanik bağ sergiliyor; bu, malzeme biliminde şimdiye kadar elde edilen en yüksek mekanik bağ yoğunluğu. Bu sonuç, birbirine geçen yapıyı görsel olarak doğrulayan gelişmiş elektron mikroskobu teknikleriyle iki kez kontrol edildi.

Bu yeni malzemenin ne kadar verimli olabileceğini test etmek için araştırmacılar, Kevlar ile aynı aileden olan bir ürün olan Ultem (polieterimid) ile entegrasyonunu test ettiler; bu ürün, Suudi petrokimya şirketi SABIC.

Ultem, çok güçlü ısı ve kimyasal dirence sahip bir plastik elyaftır. Tıbbi cihazlar, elektronik, otomotiv, kimya endüstrisi ve havacılık gibi birçok sektörde kullanılır. Ayrıca 3D baskı (katmanlı) imalatında da kullanılabilir.

ULTEM, ticari havacılık sektöründe kullanım için onaylanan birkaç reçineden biridir. Tekrarlanan mekanik stres altında malzemelerin deforme olma ve bozulma eğilimi olan sürünmeye karşı direnç söz konusu olduğunda benzer termoplastikleri geride bırakır.

Çeşitli yakıtlar, soğutucular ve yağlayıcılarla temas ettiğinde de iyi dayanır. Alev direnci, yanıcılık için FAA düzenlemesi 25.853'ü karşılamasını sağlar.

Sybridge

%97.5 Ultem fiber ve yeni icat edilen 2.5D polimerin sadece %2'inden oluşan bir kompozit malzemenin bu ilk testi radikal bir şekilde daha güçlü olduğunu kanıtladı. Bu, Ultem fiberin çekme mukavemetini %45 ve strese karşı direncini %22 oranında artırdı.

Üretim için potansiyel yararlılıktaki bir diğer önemli faktör, yeni malzemenin nispeten büyük miktarlarda, hatta bir laboratuvarın deneysel ortamında bile üretilmiş olmasıdır. Araştırmacılar, mekanik bağlara sahip önceki polimerlerden çok daha büyük bir miktar olan yarım kilogram yeni malzeme ürettiler.

Geliştirdikleri yöntem, kristal yapı oluşturma ve ardından kimyasal bağlar oluşturma adımlarının ardışık olarak otomatikleştirilip ölçeklendirilebilmesi sayesinde seri üretimde kullanılabilir.

Sırada ne var?

Yeni materyalin araştırma ekibi tarafından analizine henüz başlanmış durumda.

Şu ana kadar ölçülen her parametre, polimerin şimdiye kadar icat edilen herhangi bir polimer malzemeden çok daha fazla, olağanüstü güçlü olduğunu gösteriyor.

"Yapmamız gereken çok daha fazla analiz var, ancak bunun bu kompozit malzemelerin dayanıklılığını artırdığını söyleyebiliriz. Ölçtüğümüz hemen hemen her özellik bir şekilde olağanüstüydü."

William Dichtel, Northwestern Üniversitesi Kimya Profesörü.

Bu malzemenin Ultem ve diğer gelişmiş elyaflarla daha büyük miktarlarda karıştırılarak test edilmesi muhtemelen yapılacak ilk testlerden biri olacak.

Bundan üretilen saf lifler de test edilmeli ve Kevlar ve Ultem ile karşılaştırılmalıdır. Gerçek dünya koşullarına karşı direnç de bu ürünün ticari potansiyelini tam olarak değerlendirmek için değerli olacaktır.

Uygulamalar

Bu keşif, Northwestern Üniversitesi'nin moleküler bağlar konusundaki uzmanlığının mirasına dayanmaktadır. Sir Fraser Stoddart, moleküler ölçekte mekanik bağları icat ederek kontrol edilebilir şekillerde geçiş yapan, dönen, büzülen ve genişleyen moleküler makineler yaratmıştır.

Sir Stoddart, keşfi nedeniyle 2016 Nobel Kimya Ödülü'ne layık görüldü ve yeni "zincir posta" polimer keşfinin arkasındaki baş bilim insanı olan William Ditchel'in doktora sonrası araştırmacısı olduğu dönemde akıl hocasıydı.

Ditchel, yeni polimerin hafif vücut zırhı ve balistik kumaşlar için büyük bir potansiyele sahip olduğunu düşünüyor. Ayrıca, şu anda Kevlar ve/veya Ultem kullanan diğer uygulamalar için de yararlı olması muhtemel.

Polimerin aşırı mukavemeti, esnekliği ve hafiflik özellikleri, mevcut polimerlerin yeterli olmadığı yeni uygulamalara da kapı açabilir. Örneğin, roketlere, uzay giysilerine, pillere vb. entegre edilebilir.

Ancak pek olası olmayan bir uygulama ise 3D baskıdır; çünkü plastiğin kısmen eritilerek son şeklinin verildiği katkı üretim yöntemi, polimerin 3D mekanik bağlarını bozabilir.

Yatırım yapmak polimerler

Polimer pazarı çok büyük, 792 yılında değeri 2024 milyar dolara ulaşacak ve 5.4 yılına kadar %2034 bileşik yıllık büyüme oranıyla 1.3 trilyon dolara ulaşması bekleniyor.

Kaynak: Öncelik Araştırması

Birçok broker aracılığıyla kimya şirketlerine yatırım yapabilirsiniz ve burada bulabilirsiniz menkul kıymetler.io, en iyi brokerlar için önerilerimiz Amerika, Kanada, Avustralya, UK, diğer birçok ülkenin yanı sıra.

Belirli şirketleri seçmekle ilgilenmiyorsanız, aşağıdaki gibi ETF'lere de bakabilirsiniz: iShares STOXX Avrupa 600 Kimyasallar UCITS ETF (EXV7) ya da Vanguard Malzemeleri ETF'si (VAW) bu da kimya endüstrisinden yararlanmak için daha çeşitli bir maruz kalma olanağı sağlayacaktır.

Polimer Şirketi

DuPont

DuPont, büyük bir kimya şirketidir birçok önemli markalı kimyasal örneğin Kevlar, Strafor, Nomex (yangından koruma), Great Stuff (inşaat yapıştırıcısı) vb.

DuPont, karmaşık bir satın alma geçmişine sahip ve son zamanlarda bir dizi yan kuruluşa ev sahipliği yapan köklü bir şirkettir.

Kaynak: DuPont

Bu yan kuruluşlar, DuPont'tan beslenme ve biyobilim bölümlerini ayırdı ve kısmen Corteva Biosciences'a sattı (CTVA -0.71%), Chemours Şirketi'ni oluşturan titanyum ürünleri (CC -0.18%)ve hareketlilik ve malzeme.

Ayrıca Kasım 2025'te elektronik kimyasallar işinden ayrılacak, ancak daha önceki planların aksine su segmentini (su arıtma ve tuzdan arındırma için membranlar ve filtreler) koruyacak.

Kaynak: DuPont

Bu, DuPont'u su arıtma ve koruma ekipmanları için gelişmiş polimerler ile havacılık, sağlık ve elektrikli araçlar için gelişmiş malzemeler alanında temel faaliyet gösteren çok daha odaklanmış bir şirket haline getirecek.

Kaynak: DuPont

DuPont, su arıtma ve endüstriyel üretimde özel kimyasallara olan talebin yüksek olduğu gerçek anlamda uluslararası bir kuruluştur.

DuPont kimyasallarının hizmet verdiği sektörler arasında inşaat, su arıtma, elektronik endüstrisi, otomotiv, havacılık, sağlık, yeşil enerji ve endüstriyel üretim gibi alanlar da yer almaktadır.

Kaynak: DuPont

DuPont'un koruyucu ekipmanlardaki güçlü varlığı ve Kevlar markasıyla yerleşik konumu, bu makalede tartışılan gibi gelen yeni polimer ultra dirençli elyafa uyum sağlamasına yardımcı olmalıdır. Hatta her ikisini de içeren hibrit elyaflar yaratarak bu tür yeni malzemeleri Kevlar serisine entegre etmesi bile olasıdır.

Her halükarda, yeni teknolojilerin artmasıyla birlikte su tüketimi de artıyor ve DuPont tarafından üretilen ileri kimyasallara olan talep de artıyor.

Çalışma Referansı:

^{1. Madison I. Bardot ve diğerleri (2025) Mekanik olarak birbirine kenetlenmiş iki boyutlu polimerler.Bilim387, 264-269. DOI:10.1126/science.ads4968}