Недавно разработанный клей, который приобретает свою липкость за счет магнитного поля, может привести к серьезной экономии энергии и затрат для компаний, которым необходимо склеивать вещи в промышленных масштабах.
Чтобы отвердить - или вулканизировать - смесь химикатов в большинстве клеев на основе эпоксидной смолы, необходимо применить какое-то воздействие окружающей среды, такое как тепло, свет или влажность.
Здесь это достигается с помощью процесса «магнитотверждения», который продвигается как вариант, когда обычные клеи не особенно эффективны, или в термочувствительных приложениях, или когда задействовано много изоляционного материала (что усложняет задачу применять тепло, свет или влагу).
Клей работает, комбинируя коммерческую эпоксидную смолу с изготовленными на заказ магнитными наночастицами, которые состоят из смеси марганца, цинка и железа: эти наночастицы нагреваются, когда через них проходит электромагнитная энергия, закрепляя материалы на месте.
«Наша ключевая разработка - это способ отверждения клея в течение нескольких минут после воздействия магнитного поля, предотвращающий перегрев поверхностей, на которые они наносятся», - говорит материаловед Терри Стил из Наньянского технологического университета в Сингапуре.
«Это важно, поскольку некоторые поверхности, которые мы хотим соединить, чрезвычайно чувствительны к нагреванию, например, гибкая электроника и биоразлагаемый пластик».
Новый клей легче наносится, работает быстрее и требует меньше энергии и места, чем обычные смеси. Он не требует отвердителя или ускорителя, и его можно настроить, чтобы контролировать максимальную скорость и температуру нагрева при его применении.
В случае изделий из углеродного волокна, таких как велосипеды и шлемы, например, требуются большие печи для нагрева материалов в течение многих часов для отверждения эпоксидного клея. Для этого новаторского решения, напротив, требуется небольшое электромагнитное устройство.
В частности, исследователи говорят, что для фиксации грамма обычного эпоксидного клея требуется час в духовке мощностью 2000 Вт. Для одного грамма отверждающего клея, напротив, требуется всего 5 минут в 200-ваттном электромагнитном устройстве, что в целом дает примерно в 120 раз меньше энергии для завершения процесса.
«Отверждение нашего недавно разработанного клея для отверждения магнитным полем занимает всего несколько минут вместо часов, и при этом позволяет закрепить поверхности с помощью высокопрочных соединений, что представляет значительный интерес в спортивной, медицинской, автомобильной и авиакосмической промышленности», - говорится в материаловед Рича Чаудхари.
«Этот эффективный процесс может также привести к экономии затрат, поскольку значительно сокращаются пространство и энергия, необходимые для традиционного термического отверждения».
Графическая абстракция процесса отверждения нового клея. Фото: Nanyang Technological University
Недавно разработанный процесс устраняет риск перегрева и неравномерного нагрева, и по-прежнему может достигать высокого уровня адгезии до 7 мегапаскалей - наравне с клеями, которые он должен начать заменять. Чтобы добраться до этого момента, потребовалось три года, и теперь исследователи ищут коммерческих партнеров для работы.
Дерево, керамика и пластмассы были протестированы с помощью этого процесса магнитотверждения, что означает, что он универсален, а также очень эффективен, и есть также способы, которыми он потенциально может повысить скорость современных производственных линий.
По словам команды, все, от спортивного инвентаря до аэрокосмических компонентов, можно было бы более эффективно скрепить вместе с помощью нового клея, а выгоды с точки зрения использования энергии и выбросов углерода могут быть очень значительными, если материал можно будет масштабировать за пределами лаборатории.
«Наши терморегулируемые магнитные наночастицы разработаны для смешивания с существующими одноразовыми клеями, поэтому многие из представленных на рынке клеев на основе эпоксидной смолы могут быть преобразованы в клей, активируемый магнитным полем», - говорит материаловед Раджу Рамануджан.
Исследование опубликовано в журнале Applied Materials Today.
Видео презентация нового клея учеными:
Источник: ScienceAlert
