科学家研发出可以用磁场控制硬化的黏着剂

一种新发展出的可以从磁场中获得黏度的胶,能够为需要在工业规模上将东西黏在一起的公司省下大量的能源与成本。

含磁粒子硬化剂

为了使大多数环氧树脂胶中混合的化学物质硬化,必须要施加某些种类的环境效果,例如热、光线或湿气。

在这项研究中,可藉由「磁场硬化」(magnetocuring)的过程来达成目标。磁场硬化被推广作为当传统的黏着剂并不特别有效、或是在热敏应用、或是当使用了许多绝缘材料(使得难以施加热、光线或湿气)的情况下的一种硬化选项。

科学家研发出可以用磁场控制硬化的黏着剂插图1

这种胶藉由结合商业用环氧树脂与混合了锰、锌、及铁的客制磁性纳米粒子来运作。当电磁能量通过这些纳米粒子时,纳米粒子会加热,将材料固定到位。

新加坡的南洋理工大学(Nanyang Technological University,NTU)的材料科学家泰瑞·斯蒂尔副教授(Terry Steele)说:「我们关键的发展是在接触到磁场的数分钟内让黏着剂硬化的方法,同时避免对涂上有硬化剂的表面过度加热。这很重要,因为某些我们想要结合的表面对热极度敏感,例如可挠性电子产品及生物可分解塑胶。」

新硬化剂优点

这种新胶更容易涂抹、运作更快速,且比起传统混合物需要较少的能量及空间。它不需要硬化剂或加速剂,且在被涂抹时能够被调整来控制最大速率与热的温度。

比方说,在例如脚踏车及安全帽等碳纤维产品的例子中,需要大型的烤箱来加热材料超过数小时,以硬化环氧树脂胶。这个创新的解决办法相较之下需要一个较小的电磁设备。

特别地来说,研究人员说一克的传统环氧树脂胶需要在2000 瓦的烤箱中待上一小时来硬化。相较之下,一克的磁场硬化黏着剂在200 瓦的电磁设备中只需要待上5 分钟,算出来仅需要比起传统的黏着剂少120 倍的能量就能够完成此过程。

NTU 的材料科学家丽查·查德哈瑞博士(Richa Chaudhary)说到:「我们最新研发的磁场硬化黏着剂只需要花数分钟而不是数小时来硬化,而还能够透过高强度键结来固定表面,这在运动,医疗,汽车和航太产业中引起了极大的兴趣。这个有效率的过程亦能够节省成本,因为用于传统热硬化的空间及能量都能大幅度地降低。」

未来应用

这个新设计的过程移除了过度加热及不均匀加热的风险,且仍然能够达到高达7 MPa 的高黏着等级,能够与即将要开始被取代的黏着剂相提并论。研究人员已经花了3 年达到这个地步,而现在研究人员在找寻商业伙伴来进行合作。

树木、陶瓷以及塑胶都藉由此磁场硬化过程进行了黏接测试,这指的是这种胶很万用且非常有效,且也有能够具潜力地改善现代产线速度的方法。

团队表示,所有从运动设备到航太元件的东西都能够更有效率地以这种新式胶固定在一起,且若是该材料可以在实验室外大规模使用,就能源使用与碳排放的角度影响可以非常大。

NTU 的材料科学家拉朱·莱曼努扬教授(Raju Ramanujan)表示:「我们的温控磁性纳米粒子被设计用来与现存的一锅合成黏着剂组成混合在一起,所以市面上许多环氧树脂的黏着剂可以被转换成藉由磁场而活化的胶。」

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