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        新型磁固化粘合劑幾分鐘內可固化 應用范圍包括汽車產品等
        來源:未知  發布時間:2021-01-06  點擊:

        據外媒報道,新加坡南洋理工大學( Nanyang Technological University, Singapore,NTU Singapore)的科學家研發了一種利用磁場固化粘合劑的新方法。

        環氧樹脂等傳統粘合劑通常用于粘結塑料、陶瓷和木材,旨在利用濕氣、熱度或光來固化,通常需要達到特定的固化溫度,從室溫至80攝氏度不等。當膠水結晶、硬化時,需要利用固化工藝將膠水與兩個安全表面交叉連接與粘合,以達到一定的強度。


        研究人員展示由新型粘合劑粘合的各種材料(圖片來源:南洋理工大學)

        NTU的新型“磁固化”粘合劑則可通過磁場將其固化,這一點對于在有些特定環境條件下,當前粘合劑無法好好工作而言非常有用。此外,當粘合劑夾在橡膠或木材等絕緣材料之間,熱、光和空氣等傳統活化劑會難以接觸到粘合劑。

        復合材料制成的自行車車架、頭盔和高爾夫球桿等產品目前就由兩液環氧樹脂粘合劑制成,其中樹脂與硬化劑混合在一起,反應會立即開始。

        至于碳纖維(將一層一層的薄碳帶粘合在一起)制造商以及碳纖維運動設備制造商,他們的工廠會采用大型高溫烤箱,花費數小時將環氧樹脂粘合劑固化,此種能量密集型固化過程也是導致碳纖維成本高的主要原因。

        而此種新型“磁固化”粘合劑通過將普通商用環氧樹脂粘合劑與NTU科學家制成的特制磁性納米顆粒混合制成,無需像兩液型粘合劑(有兩種液體,在使用前需要混合在一起)一樣,與硬化劑或促進劑混合,因而易于生產與應用。此種粘合劑在穿過磁場后會被激活,從而可將材料粘合在一起,而只需要利用一個小型電磁裝置就可以輕易產生磁場。與傳統的大型烤箱相比,使用的能源更少。


        研究人員利用磁場固化粘合劑(圖片來源:南洋理工大學)

        例如,一克的磁固化粘合劑只需在5分鐘內利用200瓦的電磁裝置輕易完成固化,只消耗16.6瓦時的能量,而傳統2000瓦的烤箱則需要花費1小時固化同量的傳統環氧樹脂粘合劑,消耗2000瓦時,比磁固化粘合劑多消耗120倍的能量。

        該項研究成果可應用于各種領域,如高端運動器材、汽車產品、電子設備、能源領域、航空航天和醫療制造等。實驗室測試顯示,此種新型粘合劑的強度可達700萬帕,與市場上的很多環氧樹脂粘合劑相當。

        研究人員解釋表示:“我們的關鍵研究成果是研發了一種方法,能夠通過將粘合劑暴露在磁場中,在幾分鐘內將其固化,同時還可以保證在其被應用到其他物體上時,防止表面過熱。這一點非常重要,因為有些物體表面具有極端的熱敏性,如柔性電子設備和生物可降解塑料等。”

        “磁固化”粘合劑如何工作

        此種新型粘合劑由兩種主要成分制成,一種是通過加熱進行固化的商用環氧樹脂,另一種是錳、鋅和銅(MnxZn1-xFe2O4)化學組合制成的氧化納米顆粒。

        當電磁能量穿過此類納米顆粒時,它們會被加熱,并激活固化過程。此外,此類特制納米顆粒還能夠控制加熱的最高溫,從而防止過熱以及形成熱點。

        由于無需使用大型工業烤箱,激活此類粘合劑在空間和能源消耗方面的足跡更小。固化過程中的能源效率對于實現綠色制造至關重要,綠色制造的產品會在較低的溫度下制成,而且加熱和冷卻過程使用的能量也更少。

        例如,運動鞋制造商常常難以加熱橡膠鞋底與鞋上半部分之間的粘合劑,因為橡膠是一種熱絕緣體,不會將熱量傳輸至傳統的環氧樹脂粘合劑,因而在熱量到達粘合劑之前,需要利用烤箱長時間加熱鞋子。

        利用磁場激活的粘合劑就可以克服該困難,因為可以在粘合劑中激活固化過程。還可以將交變磁場嵌入到傳送系統底部,讓預涂了粘合劑的產品在穿過該磁場時能夠固化。

        提升生產效率

        研究人員還預計該技術可以提高需要粘合劑接頭的產品的生產效率。此種溫度可控的磁性納米顆粒經過設計,可以與現有的一步法粘合劑配方混合,因此市面上的很多環氧樹脂粘合劑都可以變成磁場激活粘合劑。

        既然可以調整固化速度與溫度,現有的產品制造商就能夠重新設計或改進現有的生產方式。例如,新工藝能夠在所有部件上預涂粘合劑,然后在部件通過傳送帶時,將粘合劑固化,無需在傳統裝配線上逐個給部件涂上粘合劑。不使用烤箱,就可以減少停機時間,實現更高效的生產。

        研究人員還表示:“我們新研發的磁固化粘合劑只需幾分鐘就可以完成固化,能夠利用高強度粘合保證表面的粘結,在運動、醫療、汽車和航空航天領域有很大的應用潛力。此種高效的工藝能夠節省成本,因為無需像傳統的熱固化一樣,需要很大的空間和很多能量。”

        此前有關熱活化粘合劑的研究是利用電流穿過線圈,即感應固化,粘合劑被從外部加熱與固化。不過,此種方法的缺點是會在粘合劑內部形成熱點,從而導致物體表面過熱且粘結不均。

        未來,該研究小組希望能夠與粘合劑制造商合作,實現該技術的商業化。目前,他們已經通過南洋理工大學的創新創業公司NTUitive申請了專利,而且其技術已經引起了運動產品制造商的興趣。

        信息來源:搜狐新聞

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