Oamenii de știință inventează un nou adeziv activat prin câmp magnetic – economisește energie, timp și spațiu

Prof NTU Raju ținând și îndoind două bucăți de lemn lipite în mijloc de clei magnetocurric, pentru a demonstra rezistența sa puternică de legare. Credit: NTU Singapore

Un potențial benefic pentru producția de verde, noul adeziv economisește energie, timp și spațiu.

Oamenii de știință de la Universitatea Tehnologică Nanyang, Singapore (NTU Singapore), au dezvoltat o nouă modalitate de a vindeca adezivii folosind un câmp magnetic.

Adezivii convenționali, cum ar fi epoxidici, care sunt folosiți pentru a lipi plasticul, ceramica și lemnul sunt de obicei creați pentru a se vindeca folosind umezeala, căldura sau lumina. Adesea necesită temperaturi specifice de vindecare, variind de la temperatura camerei până la 80 de grade centigrad.

Procesul de întărire este necesar pentru a lipi și a uni adezivul pe cele două suprafețe securizate pe măsură ce lipiciul cristalizează și se întărește pentru a-și atinge rezistența finală.

Noul adeziv „magnetocurant” al NTU poate fi vindecat trecându-l printr-un câmp magnetic. Acest lucru este foarte util în anumite condiții de mediu în care adezivii actuali nu funcționează bine. De asemenea, atunci când adezivul este plasat între materialul izolant, cum ar fi cauciucul sau lemnul, dispozitivele de acționare tradiționale precum căldura, lumina și aerul nu pot ajunge cu ușurință la adeziv.

Produse precum rame compozite pentru biciclete, căști și cluburi de golf sunt fabricate în prezent cu adeziv epoxidic în două părți, unde o rășină și un întăritor sunt amestecate și reacția începe imediat.

Pentru producătorii de fibre de carbon – benzi subțiri de carbon lipite împreună strat cu strat – și producătorii de echipamente sportive care includ fibră de carbon, fabricile lor folosesc cuptoare mari la temperatură ridicată pentru a vindeca adezivul epoxidic timp de multe ore. Acest proces de întărire cu intensitate energetică ridicată este principalul motiv pentru costul ridicat al fibrei de carbon.

Noul adeziv „magnetocuring” este realizat prin combinarea unui adeziv epoxidic tipic disponibil comercial cu nanoparticule magnetice special adaptate realizate de oamenii de știință NTU. Nu trebuie amestecat cu întăritori sau acceleratori, spre deosebire de adezivii bicomponenți (care au două lichide care trebuie amestecate înainte de utilizare), făcându-l ușor de fabricat și de aplicat.

Acesta leagă materialele atunci când este activat prin trecerea printr-un câmp magnetic, care este generat cu ușurință de un dispozitiv electromagnetic mic. Aceasta folosește mai puțină energie decât un cuptor convențional mare.

Adeziv magnetic din plasă de bumbac

Conf. Univ. Steele (stânga) și Dr. Richa întărind adezivul de întărire magnetic pe o plasă de bumbac folosind un câmp electromagnetic. Credit: NTU Singapore

De exemplu, un gram de adeziv magneto-întăritor poate fi usor vindecat de un dispozitiv electromagnetic de 200 W în cinci minute (consumând 16,6 Watt ore). Aceasta este de 120 de ori mai puțină energie necesară decât un cuptor tradițional de 2000 Watt care necesită o oră (consumând 2000 Watt Ore) pentru a vindeca epoxidul convențional.

Dezvoltat de profesorul Raju V. Ramanujan, profesor asociat Terry Steele și Dr. Richa Chaudhary de la Școala de Știință și Inginerie a Materialelor NTU, descoperirile au fost publicate în revista științifică Materiale aplicate astăzi și oferă aplicații potențiale într-o gamă largă de domenii.

Aceasta include echipamente sportive de ultimă generație, produse auto, electronice, energie, aerospațială și procese de fabricație medicale. Testele de laborator au arătat că noul adeziv are o rezistență de până la 7 megapascali, la fel ca mulți dintre adezivii epoxidici de pe piață.

Conf. Univ. Steele, expert în diferite tipuri de adezivi avansați, a explicat: „Dezvoltarea noastră principală este o modalitate de a vindeca adezivii în câteva minute de expunerea la un câmp magnetic, prevenind supraîncălzirea suprafețelor pe care sunt aplicați. Acest lucru este important deoarece unele suprafețe pe care dorim să le unim sunt extrem de sensibile la căldură, cum ar fi electronica flexibilă și materialele plastice biodegradabile. “

Cum funcționează lipiciul „magnetocurire”

Noul adeziv este alcătuit din două componente principale – o nanoparticule epoxidice și oxidice de vindecare la căldură, disponibile comercial, realizate dintr-o combinație chimică care include mangan, zinc și fier (MnxZn1-xFe2O4).

Aceste nanoparticule sunt create pentru a fi încălzite atunci când energia electromagnetică trece prin ele, activând procesul de vindecare. Temperatura maximă și rata de încălzire pot fi controlate de aceste nanoparticule speciale, eliminând supraîncălzirea și formarea de puncte fierbinți.

Conf. Univ.  I NTU Prof. Terry Steele, Prof. Raju V. Ramanujan și Dr.  Richa Chaudhary

(De la stânga la dreapta) Prof. NTU Prof. Terry Steele, Prof. Raju V. Ramanujan și Dr. Richa Chaudhary care dețin diverse materiale moi și puternice legate de noul lor adeziv magneto-întăritor. Credit: NTU Singapore

Fără a fi nevoie de cuptoare industriale mari, activarea adezivului are o amprentă mai mică în ceea ce privește spațiul și consumul de energie. Eficiența energetică în procesul de vindecare este esențială pentru producția ecologică, unde produsele sunt fabricate la temperaturi mai scăzute și folosesc mai puțină energie pentru încălzire și răcire.

De exemplu, producătorii de pantofi sport au adesea dificultăți la încălzirea adezivilor dintre tălpile de cauciuc și jumătatea superioară a pantofului, deoarece cauciucul este un izolator termic și rezistă transferului de căldură la adezivul epoxidic convențional. Este necesar un cuptor pentru a încălzi pantoful pentru o lungă perioadă de timp înainte ca căldura să ajungă la adeziv.

Utilizarea lipiciului activat magnetic ocolește această dificultate, prin activarea directă a procesului de întărire numai în adeziv.

Câmpul magnetic alternativ poate fi încorporat în partea inferioară a sistemelor de benzi transportoare, astfel încât produsele cu adezivi pre-aplicați pot fi vindecate atunci când trec prin câmpul magnetic.

Îmbunătățirea eficienței producției

Prof. Raju Ramanujan, care este cunoscut la nivel internațional pentru progresele sale în materie de materiale magnetice, a condus împreună proiectul și prezice că tehnologia poate crește eficiența producției acolo unde sunt necesare îmbinări adezive.

“Nanoparticulele noastre magnetice controlate de temperatură sunt concepute pentru a se amesteca cu formulările adezive existente cu o oală, astfel încât mulți dintre adezivii pe bază de epoxidici de pe piață pot fi transformați în clei activat prin câmp magnetic”, a spus prof. Ramanujan.

“Viteza și temperatura de întărire pot fi ajustate astfel încât producătorii de produse existente să își poată reproiecta sau îmbunătăți metodele de producție existente. De exemplu, în loc să aplice adeziv și să-l întărească bucată cu bucată pe o linie de asamblare convențională “Noul proces ar putea fi pre-plasarea adezivului pe toate piesele și apoi vindecarea lor pe măsură ce se deplasează de-a lungul lanțului de transport. Fără cuptoare, acest lucru ar duce la o perioadă de nefuncționare mult mai redusă și o producție mai eficientă.”

Primul autor al studiului, Dr. Richa Chaudhary a spus: „Vindecarea adezivului nostru magnetocurent nou dezvoltat durează doar câteva minute în loc de ore și totuși este capabilă să ofere suprafețe cu legături puternice ridicate, ceea ce prezintă un interes considerabil în industria sportivă, medicală “Acest proces eficient poate duce, de asemenea, la economii de costuri, deoarece spațiul și energia necesare pentru întărirea convențională a căldurii sunt reduse semnificativ.”

Acest proiect de trei ani a fost susținut de Agenția pentru Știință, Tehnologie și Cercetare (A * STAR).

Lucrările anterioare privind adezivul activat termic au folosit un curent electric care curge printr-o bobină, cunoscută sub numele de întărire prin inducție, unde adezivul este încălzit și întărit din exterior. Cu toate acestea, dezavantajele sale includ supraîncălzirea suprafețelor și lipirea neuniformă datorită formării punctelor fierbinți în interiorul adezivului.

Înainte, echipa speră să angajeze producătorii de adezivi pentru a colabora la comercializarea tehnologiei lor. Au înregistrat un brevet prin NTUitive, compania universitară de inovare și întreprindere. Au primit deja interes în cercetarea lor de la producătorii de articole sportive.

Referință: „Magnetocurrency de adezivi epoxidici cu temperatură nesigură” de Richa Chaudhary, Varun Chaudhary, Raju V. Ramanujan și Terry WJ Steele, 15 septembrie 2020, Materiale aplicate astăzi.
DOI: 10.1016 / j.apmt.2020.100824

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Modelul demonstrează similitudini în modul în care studiază oamenii și insectele

Modelul de calcul demonstrează similaritatea în cunoașterea împrejurimilor oamenilor și insectelor. Potrivit unui nou studiu de la Universitatea din Sussex, care arată cum oamenii pot...

Cum am creat „furtuna perfectă” pentru evoluția și transmiterea bolilor infecțioase, cum ar fi COVID-19

Potrivit unui cercetător de la Universitatea din Anglia de Est, în majoritatea modurilor noastre, „furtuna perfectă” a fost creată pentru evoluția și transmiterea bolilor...

„Adezivul molecular” crește eficiența și face ca celulele solare perovskite să devină mult mai fiabile în timp

Cercetătorii au folosit „adeziv molecular” auto-asamblat monostrat pentru a consolida interfețele din celulele solare perovskite pentru a le face mai eficiente, stabile și fiabile....

Pastele plate sunt atât de avansate încât se formează în morfuri atunci când sunt fierte

Laboratorul CMU gestionează producția de paste, care își schimbă forma pe măsură ce gătește. Credit: Universitatea Carnegie Mellon Pastele plate ambalate creează ambalare, transport...

Oamenii de știință ai undelor gravitaționale Excelentă nouă metodă de rafinare a constantei Hubble – expansiunea și vârsta universului

O ilustrare a artistului unei perechi unificate de stele neutronice. Credit: Carl Knox, Universitatea OzGrav-Swinburne O echipă de oameni de știință internaționali, condusă de...

Newsletter

Subscribe to stay updated.