Under huven på lyxsportbilen Maserati Quattroporte mullrar en kraftig V8. Mullret skulle vara ännu starkare om inte motorrummet delvis täcktes av en tunn, ljuddämpande skiva, innanför motorhuven.

Skivan är den hittills största serietillverkade komponenten av ett nytt material, en nanokomposit av plast och några få procent nanostora partiklar av ett lermineral. Den lilla nypan mineralpartiklar ger materialet dramatiskt förbättrade egenskaper.

Uppfanns i Toyotas labb
Lermineralkompositen är utvecklad av japanska Toyotas materialforskare.

- Vi började forska på området redan 1985, och 1987 hade vi det första materialet framme, en nanokomposit av nylon och lermineral. Då var vi så tidigt ute att begreppet nanokom-positer inte fanns, vi kallade det för hybridmaterial, berättar doktor Arimitsu Usuki, som leder Toyotas "Organic Materials Laboratory".

Ny Teknik mötte honom när han deltog i ett svensk-japanskt forskarmöte på KTH om nanokompositer.

Begreppet täcker ett brett område, med material som kan vara baserade på till exempel kolnanorör eller cellulosafiberns minsta beståndsdelar, fibrillerna. Men gemensamt är att det är just nanoskalan på fibriller eller lerpartiklar som ger materialen nya egenskaper.

- För 10 år sedan läste jag den första rapporten om lernanokompositer, berättar professor Lars Berglund vid KTH som organiserade det svensk-japanska mötet.

"Trolleri med lera"
- Det var som ett trolleri, genom att sätta till några procent lera, så fick man en förbättring av egenskaperna som låg långt bortom alla förväntningar.

Det mineral som ingår i Toyotamaterialen heter Montmorrilonit och finns till exempel i bentonitlera. Det har ungefär samma struktur som grafit eller glimmer. Atomerna är ordnade i skikt, som är travade på varandra. De kemiska bindningarna är starka inom skikten och svaga mellan olika skikt. Att bara mala lerpartiklarna och blanda dem med polymeren ger inte den dramatiska förstärkningseffekten. Det gäller att få isär de enskilda skikten.

- Vi har utvecklat en mycket enkel process för att skilja kristallagren från varandra på kemisk väg, säger Arimitsu Usuki.

Resultatet blir partiklar, tunna flak, som är någon enstaka nanometer tjocka och något hundratal nanometer långa. De blandas med plastmonomer som sedan polymeriseras. Processen gör att plasten får en svag kemisk bindning direkt till lerpartiklarna.

På samma gång påverkar partiklarna strukturen hos plastmolekylerna.

Lerinblandning ger bättre hållfasthet
Den första nylonbaserade kompositen användes redan 1990 i en fläktremskåpa, som kunde göras tunnare och lättare. Två procents lerinblandning mer än fördubblade draghållfastheten, samtidigt som kompositen fick mycket bättre värmetålighet än den rena plasten.

Sedan dess har forskargruppen utvecklat lernanokompositer baserade på flera andra plaster och elaster. Ett exempel är akrylplastkompositer som rostskyddsbehandling.

Motorkåpan i Maseratin är gjord av en komposit baserad på polypropylen. Det materialet görs på licens av det stora japanska kemiföretaget UBE. UBE tillverkar även andra lerkompositmaterial, bland annat som spärrskikt i bränsleslangar av butylgummi.

Men om två-tre procents inblandning ger så stora fördelar, varför inte sätta till ännu mer?
- Kostnaden för polymeren och det behandlade mineralet är ungefär densamma, säger Arimitsu Usuki.
- Men har man i för mycket partiklar klumpar de ihop sig och materialen blir sköra och svåra att forma.