携手健康网携手健康网

科学家发明了磁场激活的胶水

Chaudhary博士手持各种软磁和硬质材料,这些材料由他们的新型磁致胶粘合。新加坡南洋理工大学(NTU新加坡)的科学家们已经开发出一种利用磁场固化粘合剂的新方法。通常将用于粘合塑料,陶瓷和木材的常规粘合剂(例如环氧树脂)设计为使用水分,热量或光固化。它们通常需要特定的固化温度,范围从室温到80摄氏度。

当胶水结晶并硬化以达到其最终强度时,必须进行固化过程以使胶水与两个固定表面交联和粘合。

NTU的新型“磁致固化”胶可以通过使其穿过磁场而固化。这在某些环境条件下非常有用,这些环境条件下当前的粘合剂效果不佳。而且,当粘合剂被夹在橡胶或木头等绝缘材料之间时,传统的活化剂(如热,光和空气)不易到达粘合剂。

目前,诸如复合材料自行车车架,头盔和高尔夫球杆之类的产品都是由两部分环氧粘合剂制成的,其中将树脂和硬化剂混合在一起,反应立即开始。

对于碳纤维制造商(将碳薄带逐层粘合在一起)和运动器材制造商(涉及碳纤维)而言,他们的工厂使用大型高温烤箱在数小时内固化环氧胶。这种高能耗的固化过程是碳纤维成本高的主要原因。

通过将典型的市售环氧树脂粘合剂与NTU科学家特别定制的磁性纳米颗粒结合在一起,制成新的“磁致固化”粘合剂。它不需要与任何硬化剂或促进剂混合,与两组分胶粘剂(使用前必须将两种液体混合)不同,它易于制造和使用。

Steele副教授(左)和Richa博士利用电磁场将棉网上的磁致固化胶固化。

当它通过磁场激活时,它将材料粘合在一起,而磁场是由小型电磁设备轻易产生的。与传统的大型烤箱相比,它消耗的能量更少。

例如,用200瓦的电磁设备在5分钟内(消耗16.6瓦时)即可轻松固化1克磁致固化粘合剂。这比传统的2000瓦烤箱需要一小时(消耗2000瓦时)来固化传统的环氧树脂,所需能源少120倍。

该研究结果由NTU材料科学与工程学院的Raju V. Ramanujan教授,Terry Steele副教授和Richa Chaudhary博士开发,并在《今日应用材料》科学期刊上发表,并提供了广泛的应用前景。

这包括高端运动器材,汽车产品,电子,能源,航空航天和医疗制造过程。实验室测试表明,这种新型粘合剂的强度高达7兆帕,与市场上的许多环氧粘合剂相当。

各种高级胶粘剂专家Steele副教授解释说:“我们的主要开发是在暴露于磁场的几分钟内固化胶粘剂的一种方法,同时又可以防止胶粘剂表面过热。我们要连接的某些表面对热非常敏感,例如柔性电子和可生物降解的塑料。”

磁吸胶的工作原理

这种新的粘合剂由两个主要成分组成:一种可通过加热固化的市售环氧树脂,以及一种由锰,锌和铁(MnxZn 1-x Fe 2 O 4)的化学结合制成的氧化物纳米粒子。

这些纳米粒子被设计为在电磁能通过时加热,从而激活固化过程。这些特殊的纳米颗粒可以控制最高温度和加热速率,从而避免了过热和热点的形成。

无需大型工业烤箱,胶水的活化在空间和能耗方面的占地面积就较小。固化过程中的能源效率对于绿色制造至关重要,因为绿色制造需要在较低的温度下生产产品,并减少用于加热和冷却的能量。

例如,运动鞋的制造商通常难以加热橡胶底和鞋的上半部分之间的粘合剂,因为橡胶是绝热体并且阻止了热传递到传统的环氧胶。在热量传到胶水之前,需要烤箱长时间加热鞋。

使用磁场活化的胶水可通过仅在胶水中直接激活固化过程来绕开此难题。

交变磁场也可以嵌入传送带系统的底部,因此带有预涂胶水的产品在穿过磁场时可以固化。

提高生产效率

因在磁性材料方面的进步而享誉国际的Raju Ramanujan教授共同领导了该项目,并预测该技术可以提高需要粘合接头的制造效率。

Ramanujan教授说:“我们的温度控制型磁性纳米粒子被设计为与现有的一锅式粘合剂配方混合,因此市场上的许多环氧基粘合剂都可以转化为磁场激活胶。”

“固化的速度和温度可以调节,因此现有产品的制造商可以重新设计或改善其现有的制造方法。例如,代替在传统的装配生产线中涂胶并进行部分固化,新工艺可能是:在所有零件上预涂胶水,然后在它们沿着传送链移动时固化它们。如果没有烤箱,这将大大减少停机时间,提高生产效率。”

该研究的第一作者Richa Chaudhary博士说:“我们新开发的磁致胶粘剂的固化仅需数分钟而不是数小时,并且能够固定具有高强度结合力的表面,这在体育运动中引起了极大的兴趣。 ,医疗,汽车和航空航天工业。这种有效的工艺还可以节省成本,因为传统热固化所需的空间和能量大大减少了。”

热活化胶的先前工作是使用流过线圈的电流进行的,即感应固化,其中从外部加热并固化胶。然而,其缺点包括表面过热和由于粘合剂内形成热点而导致的不均匀粘结。

展望未来,该团队希望与胶粘剂制造商合作,共同推进其技术的商业化。他们已经通过该大学的创新和企业公司NTUitive申请了专利。他们已经受到体育用品制造商对其研究的兴趣。

郑重声明:本文版权归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时间联系我们修改或删除,多谢。