南洋理工大學(xué)科學(xué)家發(fā)明能被磁場(chǎng)固化的新型膠水

新加坡南洋理工大學(xué)

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　　新式膠水

　　通常將用于粘合塑料，陶瓷和木材的常規(guī)粘合劑（例如環(huán)氧樹脂）會(huì)被設(shè)計(jì)為使用濕氣，熱或光進(jìn)行固化。它們通常需要特定的固化溫度，范圍從室溫到80攝氏度。當(dāng)膠水結(jié)晶并硬化以達(dá)到其最終強(qiáng)度時(shí)，必須進(jìn)行固化過程以使膠水與兩個(gè)固定表面交聯(lián)和粘合。

　　這次NTU研制的新型“磁固化”膠可以通過使其穿過磁場(chǎng)而固化。這在某些環(huán)境條件下非常有用，例如當(dāng)粘合劑被夾在橡膠或木頭等絕緣材料之間時(shí)，傳統(tǒng)的活化劑（如熱，光和空氣）就難以發(fā)揮作用。

　　目前，諸如自行車車架，頭盔和高爾夫球桿之類的復(fù)合材料產(chǎn)品都是由兩部分環(huán)氧粘合劑制成的，其中將樹脂和硬化劑混合在一起，固化的反應(yīng)就會(huì)立即開始。

　　對(duì)于碳纖維制造商（將碳薄帶逐層粘合在一起）和運(yùn)動(dòng)器材制造商（涉及碳纖維）而言，他們的工廠通常會(huì)使用大型高溫烤箱以達(dá)到在數(shù)小時(shí)內(nèi)固化環(huán)氧膠。而這種高能耗的固化過程是碳纖維成本高的主要原因。

　　提高效率

　　研發(fā)者之一的Ramanujan教授說：“我們的溫度控制型磁性納米粒子是被設(shè)計(jì)為可以與現(xiàn)有的一鍋式粘合劑配方混合的，因此市場(chǎng)上的許多現(xiàn)有的環(huán)氧基粘合劑都可以轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)激活膠。”

　　“它不需要與任何硬化劑或促進(jìn)劑混合，而且與兩組分膠粘劑（使用前必須將兩種液體混合）不同，這種新式膠水更易于制造和應(yīng)用：因?yàn)樗恍柰ㄟ^磁場(chǎng)就會(huì)被固化并將材料粘合在一起，而產(chǎn)生磁場(chǎng)的小型電磁設(shè)備非常容易生產(chǎn)且與傳統(tǒng)的大型烤箱相比耗能也少的多?！?/P>

　　另一位共同研發(fā)者Richa Chaudhary博士說：“我們新開發(fā)的磁致膠粘劑的固化僅需數(shù)分鐘而不是數(shù)小時(shí)，并且能夠固定具有高強(qiáng)度結(jié)合力的表面，這種有效的過程還可以節(jié)省成本，因?yàn)榇蟠鬁p少了常規(guī)熱固化所需的空間和能量。”

　　“具體來(lái)說，用200瓦的電磁設(shè)備可以在5分鐘內(nèi)固化1克新型粘合劑，大約會(huì)消耗消耗16.6瓦時(shí)。而傳統(tǒng)的2000瓦烤箱需要高溫烤一小時(shí)來(lái)固化傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂，大約會(huì)消耗2000瓦時(shí)，所需能源少120倍。”

　　工作原理

　　新型粘合劑由兩個(gè)主要成分組成：可通過加熱固化的市售環(huán)氧樹脂；以及由錳，鋅和鐵（MnxZn1-xFe2O4）通過化學(xué)方法制成的氧化物納米顆粒。這些納米粒子被設(shè)計(jì)為在電磁能通過時(shí)加熱，從而激活固化過程。這些特殊的納米顆?？梢钥刂谱罡邷囟群图訜崴俾剩瑥亩苊饬诉^熱和熱點(diǎn)的形成。

　　這個(gè)過程無(wú)需大型工業(yè)烤箱，能同時(shí)節(jié)省能源，時(shí)間和空間，且對(duì)推動(dòng)綠色制造有巨大的潛力。因?yàn)榫G色制造需要在較低的溫度下生產(chǎn)產(chǎn)品，并減少用于加熱和冷卻的能量。

　　應(yīng)用前景

　　這種新式膠水由NTU材料科學(xué)與工程學(xué)院的副教授Terry Steele和Raju V.Ramanujan教授，Richa Chaudhary博士共同研制，這些發(fā)現(xiàn)發(fā)表在了《Applied Materials Today》科學(xué)期刊上，具有廣泛的應(yīng)用前景：包括高端運(yùn)動(dòng)器材，汽車產(chǎn)品，電子，能源，航空航天和醫(yī)療制造過程。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試表明，這種新型粘合劑的強(qiáng)度高達(dá)7兆帕，與市場(chǎng)上的許多環(huán)氧粘合劑相當(dāng)。

　　高級(jí)膠粘劑專家Steele副教授還解釋說：“我們主要開發(fā)的是一種在暴露于磁場(chǎng)幾分鐘內(nèi)就能固化膠粘劑，且同時(shí)又可以防止膠粘劑表面過熱的方法。而做到這些我們需要用到一些對(duì)熱非常敏感的材料，例如柔性電子和可生物降解的塑料?！?/P>

　　這個(gè)為期三年的項(xiàng)目得到了新加坡的研究機(jī)構(gòu)（ASTAR）的支持。展望未來(lái)，該團(tuán)隊(duì)已通過該大學(xué)的創(chuàng)新和企業(yè)公司NTUitive申請(qǐng)了專利。他們希望與膠粘劑制造商合作，共同推進(jìn)其技術(shù)的商業(yè)化和快速走向市場(chǎng)。

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