"Kettenhemd" schützt Träger vor Verletzungen
Pro Quadratzentimeter gibt es 100 Bio. mechanische Bindungen - Kunststoff somit leicht und fest
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Feinstruktur des Kunststoff-Kettenhemds (Illustration: Mark Seniw, northwestern.edu) |
Evanston/Chicago/Durham (pte002/20.01.2025/06:05)
Sportler, Verkehrsteilnehmer und andere Menschen, die körperlich gefährdet sind, können sich künftig mit einem von Forschern der Northwestern University und der Duke University entwickelten "Kettenhemd" aus Kunststoff vor Verletzungen schützen. Anders als die metallischen Vorbilder aus dem Mittelalter, mit denen sich Soldaten vor Stichwaffen und Schwertern schützen wollten, ist die Neuentwicklung dünn, leichtgewichtig und flexibel.
Dicht gepackte Verbindungen
Das Kettenhemd besteht aus unzähligen mikroskopisch kleinen Gliedern aus Kunststoff, die ineinandergreifen, aber keine feste Verbindung haben. Pro Quadratzentimeter gibt es 100 Bio. mechanische Bindungen, eine Dichte, die bisher noch nicht einmal ansatzweise erreicht worden ist. Das Team hat dies durch einen neuartigen, effizienten und skalierbaren Polymerisationsprozess erreicht und damit den Weg für eine Produktion in großem Maßstab geebnet.
"Wir haben eine völlig neue Polymerstruktur geschaffen", sagt William Dichtel von der Northwestern University und ergänzt. "Sie kann nicht so leicht reißen, weil jede der mechanischen Verbindungen ein wenig Spielraum hat. Wenn man daran zieht, wird die ausgeübte Kraft in mehrere Richtungen abgeleitet. Und wenn man sie zerreißen will, müsste man sie an vielen, vielen verschiedenen Stellen brechen." Das sei in der Praxis kaum möglich.
Aufbau aus X-förmigen Monomeren
Seit Jahren versuchen Forscher, mechanisch verzahnte Moleküle aus Kunststoff zu entwickeln, ohne Erfolg. Dichtels Team hat einen völlig neuen Ansatz verfolgt. Es begann mit X-förmigen Monomeren - den Bausteinen von Polymeren - und ordnete sie in einer spezifischen, hochgeordneten kristallinen Struktur an. Dann ließ das Team diese Kristalle mit einem anderen Molekül reagieren, um Bindungen zwischen den Molekülen innerhalb des Kristalls herzustellen. Die resultierenden Kristalle bestehen aus Schichten von nahezu zweidimensionalen verzahnten Polymerblättern.
Gemeinsam mit Matthew Becker von der Duke University hat Dichtel dem Kettenhemd Ultem hinzugefügt. Ultem gehört zur selben Familie wie Kevlar und ist ein unglaublich fester Kunststoff, der extremen Temperaturen sowie sauren und ätzenden Chemikalien standhält. Es entstand ein Verbundmaterial aus 97,5 Prozent Ultem-Fasern und nur 2,5 Prozent des 2D-Polymers. Dadurch erhöhte sich die Gesamtfestigkeit und -zähigkeit von Ultem erheblich.
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