南洋理工大学科学家发明能被磁场固化的新型胶水

2021-01-12 作者：井浪花-cj 565阅读

新加坡南洋理工大学

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　　新式胶水

　　通常将用于粘合塑料，陶瓷和木材的常规粘合剂（例如环氧树脂）会被设计为使用湿气，热或光进行固化。它们通常需要特定的固化温度，范围从室温到80摄氏度。当胶水结晶并硬化以达到其最终强度时，必须进行固化过程以使胶水与两个固定表面交联和粘合。

　　这次NTU研制的新型“磁固化”胶可以通过使其穿过磁场而固化。这在某些环境条件下非常有用，例如当粘合剂被夹在橡胶或木头等绝缘材料之间时，传统的活化剂（如热，光和空气）就难以发挥作用。

　　目前，诸如自行车车架，头盔和高尔夫球杆之类的复合材料产品都是由两部分环氧粘合剂制成的，其中将树脂和硬化剂混合在一起，固化的反应就会立即开始。

　　对于碳纤维制造商（将碳薄带逐层粘合在一起）和运动器材制造商（涉及碳纤维）而言，他们的工厂通常会使用大型高温烤箱以达到在数小时内固化环氧胶。而这种高能耗的固化过程是碳纤维成本高的主要原因。

　　提高效率

　　研发者之一的Ramanujan教授说：“我们的温度控制型磁性纳米粒子是被设计为可以与现有的一锅式粘合剂配方混合的，因此市场上的许多现有的环氧基粘合剂都可以转化为磁场激活胶。”

　　“它不需要与任何硬化剂或促进剂混合，而且与两组分胶粘剂（使用前必须将两种液体混合）不同，这种新式胶水更易于制造和应用：因为它只需通过磁场就会被固化并将材料粘合在一起，而产生磁场的小型电磁设备非常容易生产且与传统的大型烤箱相比耗能也少的多。”

　　另一位共同研发者Richa Chaudhary博士说：“我们新开发的磁致胶粘剂的固化仅需数分钟而不是数小时，并且能够固定具有高强度结合力的表面，这种有效的过程还可以节省成本，因为大大减少了常规热固化所需的空间和能量。”

　　“具体来说，用200瓦的电磁设备可以在5分钟内固化1克新型粘合剂，大约会消耗消耗16.6瓦时。而传统的2000瓦烤箱需要高温烤一小时来固化传统的环氧树脂，大约会消耗2000瓦时，所需能源少120倍。”

　　工作原理

　　新型粘合剂由两个主要成分组成：可通过加热固化的市售环氧树脂；以及由锰，锌和铁（MnxZn1-xFe2O4）通过化学方法制成的氧化物纳米颗粒。这些纳米粒子被设计为在电磁能通过时加热，从而激活固化过程。这些特殊的纳米颗粒可以控制最高温度和加热速率，从而避免了过热和热点的形成。

　　这个过程无需大型工业烤箱，能同时节省能源，时间和空间，且对推动绿色制造有巨大的潜力。因为绿色制造需要在较低的温度下生产产品，并减少用于加热和冷却的能量。

　　应用前景

　　这种新式胶水由NTU材料科学与工程学院的副教授Terry Steele和Raju V.Ramanujan教授，Richa Chaudhary博士共同研制，这些发现发表在了《Applied Materials Today》科学期刊上，具有广泛的应用前景：包括高端运动器材，汽车产品，电子，能源，航空航天和医疗制造过程。实验室测试表明，这种新型粘合剂的强度高达7兆帕，与市场上的许多环氧粘合剂相当。

　　高级胶粘剂专家Steele副教授还解释说：“我们主要开发的是一种在暴露于磁场几分钟内就能固化胶粘剂，且同时又可以防止胶粘剂表面过热的方法。而做到这些我们需要用到一些对热非常敏感的材料，例如柔性电子和可生物降解的塑料。”

　　这个为期三年的项目得到了新加坡的研究机构（ASTAR）的支持。展望未来，该团队已通过该大学的创新和企业公司NTUitive申请了专利。他们希望与胶粘剂制造商合作，共同推进其技术的商业化和快速走向市场。

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