科学家发明了磁场激活的新胶水 - 节省能量，时间和空间

NTU Raju教授通过磁悬浮胶水举行和弯曲两块粘合的木材，以展示其强的粘接强度。

新胶水潜在的福音，新的胶水可以节省能源，时间和空间。

来自南洋科技大学的科学家，新加坡（NTU新加坡）开发了一种使用磁场固化粘合剂的新方法。

常规粘合剂，如环氧树脂，其用于粘合塑料，陶瓷和木材，通常设计用于使用水分，热量或光固化。它们通常需要特定的固化温度，从室温范围高达80摄氏度。

在胶水结晶和硬化以实现其最终强度的情况下，将固化过程与两个固定表面交联并粘合胶水。

NTU的新“磁致”胶可以通过使其通过磁场来固化。这在某些环境条件下非常有用，其中目前粘合剂不适用。此外，当粘合剂夹在橡胶或木材等绝缘材料之间时，传统的活化剂如热，光线和空气，不能容易地达到粘合剂。

如复合自行车框架，头盔和高尔夫球杆等产品目前采用两部分环氧粘合剂制成，其中混合树脂和硬化剂并立即开始。

对于碳纤维制造商 - 碳纤维纤维粘合在一起涉及碳纤维的运动器材制造商，其工厂使用大型高温烤箱来治愈环氧树脂胶水。这种能量密集型固化过程是碳纤维高成本的主要原因。

通过将典型的市售的环氧粘合剂与由NTU科学家制造的特别定制的磁性纳米颗粒组合来制备新的“磁致”粘合剂。不需要与任何硬化剂或促进剂混合，与双组分粘合剂（具有两种必须在使用前的两个液体），使其易于制造和施加。

当通过穿过磁场而激活时，它粘合材料，这通过小电磁装置容易地产生。这利用比大型常规烤箱更少的能量。

协助斯蒂尔教授（左）和Richa博士使用电磁场将磁性胶水固化在棉质网上。

例如，一克磁封粘合剂可以在5分钟内通过200瓦电磁装置容易地固化（消耗16.6瓦的时间）。这比传统的2000瓦烤箱所需的能量减少了120倍，这需要一个小时（消耗2000瓦的时间）来治疗常规环氧树脂。

由Raju V. ramanujan教授开发，副教授Terry Seelder和来自NTU材料科学与工程学院的Richa Chaudhary博士，该研究结果今天在科学杂志上发表，并在各种领域提供潜在的应用。

这包括高端运动设备，汽车产品，电子，能源，航空航天和医疗制造工艺。实验室测试表明，新粘合剂具有高达7兆帕斯卡的强度，与市场上的许多环氧粘合剂相提并论。

钢铁教授（促进各类高级粘合剂专家）解释说：“我们的关键发展是一种方法，可以在接触到磁场的几分钟内固化粘合剂，同时防止施加它们的表面的过热。这与我们想要加入的一些表面非常重要，这是极其热敏，如柔性电子和可生物降解的塑料。“

如何“磁化”胶水作品

新的粘合剂由两个主要成分制成 - 市售环氧树脂，其通过热量固化，并由包括锰，锌和铁（MNXZN1-XFE2O4）的化学组合制成的氧化物纳米颗粒。

当通过它们通过它们时，这些纳米颗粒设计成加热，激活固化过程。可以通过这些特殊的纳米颗粒来控制最大温度和加热速率，消除过热和热点形成。

（左右）NTU Assoc教授Terry Steele，Raju V. Ramanujan教授，Richa Chaudhary博士举起由新的磁化胶粘合的各种柔软和硬材料。

无需大型工业烤箱，胶水的激活在空间和能量消耗术语中具有较小的占地面积。固化过程中的能量效率对于绿色制造至关重要，其中产品在较低温度下制造，并使用更少的能量进行加热和冷却。

例如，运动鞋的制造商通常难以在橡胶鞋底和鞋子的上半部分之间加热粘合剂，因为橡胶是热绝缘体并抵抗传统环氧胶水的热传递。在热量可以到达胶水之前，需要在很长一段时间内加热鞋子。

通过直接在胶水中直接激活固化过程，使用磁场激活的胶水绕过这种困难。

交替磁场也可以嵌入在输送带系统的底部，因此当它们通过磁场时可以固化具有预施加胶的产品。

提高制造效率

国际知名度朗拉曼师（Raju Ramanujan教授）在国际上认可为磁性材料的进步，共同领导该项目并预测该技术可以提高所需粘合剂接头的制造效率。

“我们的温控磁性纳米粒子设计成与现有的单锅粘合剂配方混合，因此市场上的市场上的许多环氧基粘合剂可以转换成磁场激活的胶水，”朗拉济州教授说。

“固化的速度和温度可以调整，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，代替施加胶水并逐个将其固化在传统的装配线中，该过程可以是在所有部件上预先涂抹胶水，然后在沿着传送带移动时使它们固化。没有烤箱，它会导致更少的停机时间和更有效的生产。“

该研究的第一个作者，Richa Chaudhary博士说：“我们的新开发的磁粘合剂的固化只需要几分钟而不是小时，但却能够用高强度键合的表面，这对运动有相当大的兴趣，医疗，汽车和航空航天行业。这种有效的过程还可以节省成本，因为传统热固化所需的空间和能量显着降低。“

本三年项目得到了科学，技术和研究机构（A * Star）的支持。

先前的热活化胶水工作使用流过线圈的电流，称为感应固化，其中胶水被加热并从外部固化。然而，其缺点包括由于粘合剂内的热点形成而过热和不均匀的粘合。

向前迈进，团队希望与胶粘剂制造商合作，协作他们的技术。他们通过NTuitive，大学的创新和企业公司提出了专利。他们已经获得了对体育用品制造商的研究感兴趣。

参考：“温度故障缓和环氧粘合剂的磁化”由Richa Chaudhary，Varun Chaudhary，Raju V. Ramanujan和Terry W.J.J.J.2020年9月15日斯蒂尔，今天应用材料.DO：
10.1016 / J.APMT.202010.100824