과학자들은 자기장에 의해 활성화되는 접착제를 발명합니다.

[아름이]

과학자들은 자기장에 의해 활성화되는 접착제를 발명합니다.

싱가포르 난양 공과 대학 (NTU Singapore)의 과학자들은 자기장을 사용하여 접착제를 경화하는 새로운 방법을 개발했습니다.


플라스틱, 세라믹 및 목재를 접착하는 데 사용되는 에폭시와 같은 기존 접착제는 일반적으로 습기, 열 또는 빛을 사용하여 경화되도록 설계되었습니다. 그들은 종종 실온에서 최대 섭씨 80도에 이르는 특정 경화 온도가 필요합니다.

경화 공정은 접착제가 최종 강도를 달성하기 위해 결정화되고 경화됨에 따라 두 개의 고정 된 표면과 접착제를 교차 연결하고 접착하는 데 필요합니다.

NTU의 새로운 '자기 화'접착제는 자기장 을 통과하여 경화 될 수 있습니다 . 이것은 현재 접착제가 잘 작동하지 않는 특정 환경 조건에서 매우 유용합니다. 또한 접착제가 고무 나 나무와 같은 단열재 사이에 끼워지면 열, 빛, 공기와 같은 전통적인 활성화 제가 접착제에 쉽게 닿지 않습니다.

복합 자전거 프레임, 헬멧, 골프 클럽과 같은 제품은 현재 수지와 경화제가 혼합되어 반응이 즉시 시작되는 2 액형 에폭시 접착제로 만들어집니다.

탄소 섬유 제조업체 (얇은 탄소 리본을 층별로 접착) 및 탄소 섬유와 관련된 스포츠 장비 제조업체의 경우, 공장에서는 대형 고온 오븐을 사용하여 여러 시간에 걸쳐 에폭시 접착제를 경화시킵니다. 이 에너지 집약적 경화 공정은 탄소 섬유 비용이 높은 주된 이유입니다.

새로운 "자기 화"접착제는 NTU 과학자들이 만든 특수 맞춤형 자성 나노 입자 와 일반적인 시판 에폭시 접착제를 결합하여 만들어집니다. 2 액형 접착제 (사용하기 전에 반드시 혼합해야하는 두 가지 액체가 있음)와 달리 경화제 또는 촉진제와 혼합 할 필요가 없어 제조 및 적용이 용이합니다.

작은 전자기 장치에서 쉽게 생성되는 자기장을 통과하여 활성화 될 때 재료를 접착합니다. 이것은 대형 기존 오븐보다 적은 에너지를 사용합니다.

예를 들어, 자기 경화 접착제 1g은 200W 전자기 장치로 5 분 만에 쉽게 경화 될 수 있습니다 (16.6W 시간 소비). 이는 기존 에폭시를 경화하는 데 1 시간 (2000 와트 시간 소모)이 걸리는 기존의 2000 와트 오븐보다 120 배 적은 에너지가 필요합니다.


 
Raju V. Ramanujan 교수, Terry Steele 부교수 및 NTU 재료 과학 및 공학 대학의 Richa Chaudhary 박사가 개발 한이 연구 결과는 과학 저널 Applied Materials Today에 게재 되었으며 다양한 분야에서 잠재적 인 응용 가능성을 제공합니다.

여기에는 고급 스포츠 장비, 자동차 제품, 전자 제품, 에너지, 항공 우주 및 의료 제조 공정이 포함됩니다. 실험실 테스트에 따르면 새로운 접착제의 강도는 시장에 나와있는 많은 에폭시 접착제와 동등한 최대 7 메가 파스칼입니다.

다양한 유형의 고급 접착제 전문가 인 Assoc Prof Steele은 다음과 같이 설명했습니다. "우리의 핵심 개발은 접착제가 도포되는 표면의 과열을 방지하면서 자기장에 노출 된 후 몇 분 이내에 접착제를 경화시키는 방법입니다. 이는 다음과 같이 중요합니다. 우리가 결합하려는 일부 표면은 유연한 전자 장치 및 생분해 성 플라스틱과 같이 열에 매우 민감합니다. "

'자기 화'접착제의 작동 원리

새로운 접착제는 열을 통해 경화되는 시판되는 에폭시와 망간, 아연 및 철 (MnxZn 1-x Fe 2 O 4 )을 포함한 화학적 조합으로 만들어진 산화물 나노 입자의 두 가지 주요 구성 요소로 구성 됩니다.

이 나노 입자는 전자기 에너지가 통과 할 때 가열되도록 설계되어 경화 과정을 활성화합니다. 최대 온도와 가열 속도는 이러한 특수 나노 입자에 의해 제어되어 과열 및 핫스팟 형성을 제거 할 수 있습니다.

대형 산업용 오븐이 필요하지 않은 경우 접착제 활성화는 공간 및 에너지 소비 측면에서 더 작은 공간을 차지합니다. 경화 공정의 에너지 효율은 제품이 저온에서 제조되고 가열 및 냉각에 더 적은 에너지를 사용하는 친환경 제조에 매우 중요합니다.

예를 들어, 운동화 제조업체는 고무 밑창과 신발 윗부분 사이의 접착제를 가열하는 데 어려움을 겪습니다. 고무는 단열재이며 기존 에폭시 접착제로의 열 전달에 저항하기 때문입니다. 열이 접착제에 도달하기 전에 오랫동안 신발을 데 우려면 오븐이 필요합니다.

자기장 활성화 접착제를 사용하면 접착제에서만 경화 프로세스를 직접 활성화하여 이러한 어려움을 우회합니다.

교류 자기장은 컨베이어 벨트 시스템의 바닥에도 내장 될 수 있으므로 접착제가 미리 도포 된 제품이 자기장을 통과 할 때 경화 될 수 있습니다.

제조 효율성 향상

자성 재료의 발전으로 국제적으로 인정받는 Raju Ramanujan 교수는 공동으로 프로젝트를 주도했으며이 기술이 접착 조인트가 필요한 곳에서 제조 효율성을 높일 수있을 것이라고 예측했습니다.


라마누잔 교수는 "우리의 온도 조절 자성 나노 입자는 기존의 원팟 접착제 배합물과 혼합되도록 설계 되었기 때문에 시장에 나와있는 많은 에폭시 기반 접착제가 자기장 활성화 접착제로 변환 될 수 있습니다."라고 말했습니다.

"경화 속도와 온도를 조정할 수 있으므로 기존 제품 제조업체는 기존 제조 방법을 재 설계하거나 개선 할 수 있습니다. 예를 들어 기존 조립 라인에서 접착제를 적용하고 부분적으로 경화하는 대신 새로운 프로세스는 다음과 같을 수 있습니다. 모든 부품에 접착제를 미리 도포 한 다음 컨베이어 체인을 따라 이동할 때 경화시킵니다. 오븐이 없으면 가동 중단 시간이 훨씬 줄어들고 생산 효율이 높아집니다. "

연구의 첫 번째 저자 인 Richa Chaudhary 박사는 "우리가 새로 개발 한 자기 경화 접착제의 경화는 몇 시간이 아닌 몇 분 밖에 걸리지 않지만 고강도 결합으로 표면을 보호 할 수있어 스포츠에 상당한 관심을 끌 수 있습니다. , 의료, 자동차 및 항공 우주 산업.이 효율적인 프로세스는 기존 열 경화에 필요한 공간과 에너지가 크게 감소하므로 비용을 절감 할 수 있습니다. "

열 활성화 접착제에 대한 이전 연구에서는 코일을 통해 흐르는 전류를 사용하여 유도 경화라고합니다. 여기서 접착제 는 외부에서 가열되고 경화됩니다. 그러나 그 단점은 표면의 과열과 접착제 내부의 핫스팟 형성으로 인한 고르지 않은 결합을 포함합니다.

앞으로 팀은 접착제 제조업체와 협력하여 기술을 상용화하기를 희망합니다. 그들은 대학의 혁신 및 기업 기업인 NTUitive를 통해 특허를 출원했습니다. 그들은 이미 스포츠 용품 제조업체로부터 연구에 대한 관심을 받았습니다.