南洋理工大學科學家發(fā)明能被磁場固化的新型膠水

新加坡南洋理工大學

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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）會被設計為使用濕氣，熱或光進行固化。它們通常需要特定的固化溫度，范圍從室溫到80攝氏度。當膠水結晶并硬化以達到其最終強度時，必須進行固化過程以使膠水與兩個固定表面交聯(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而固化。這在某些環(huán)境條件下非常有用，例如當粘合劑被夾在橡膠或木頭等絕緣材料之間時，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合材料產品都是由兩部分環(huán)氧粘合劑制成的，其中將樹脂和硬化劑混合在一起，固化的反應就會立即開始。

　　對于碳纖維制造商（將碳薄帶逐層粘合在一起）和運動器材制造商（涉及碳纖維）而言，他們的工廠通常會使用大型高溫烤箱以達到在數小時內固化環(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計為可以與現有的一鍋式粘合劑配方混合的，因此市場上的許多現有的環(huán)氧基粘合劑都可以轉化為磁場激活膠?！?/P>

　　“它不需要與任何硬化劑或促進劑混合，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用：因為它只需通過磁場就會被固化并將材料粘合在一起，而產生磁場的小型電磁設備非常容易生產且與傳統(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分鐘而不是數小時，并且能夠固定具有高強度結合力的表面，這種有效的過程還可以節(jié)省成本，因為大大減少了常規(guī)熱固化所需的空間和能量。”

　　“具體來說，用200瓦的電磁設備可以在5分鐘內固化1克新型粘合劑，大約會消耗消耗16.6瓦時。而傳統(tǒng)的2000瓦烤箱需要高溫烤一小時來固化傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂，大約會消耗2000瓦時，所需能源少120倍?！?/P>

　　工作原理

　　新型粘合劑由兩個主要成分組成：可通過加熱固化的市售環(huán)氧樹脂；以及由錳，鋅和鐵（MnxZn1-xFe2O4）通過化學方法制成的氧化物納米顆粒。這些納米粒子被設計為在電磁能通過時加熱，從而激活固化過程。這些特殊的納米顆粒可以控制最高溫度和加熱速率，從而避免了過熱和熱點的形成。

　　這個過程無需大型工業(yè)烤箱，能同時節(jié)省能源，時間和空間，且對推動綠色制造有巨大的潛力。因為綠色制造需要在較低的溫度下生產產品，并減少用于加熱和冷卻的能量。

　　應用前景

　　這種新式膠水由NTU材料科學與工程學院的副教授Terry Steele和Raju V.Ramanujan教授，Richa Chaudhary博士共同研制，這些發(fā)現發(fā)表在了《Applied Materials Today》科學期刊上，具有廣泛的應用前景：包括高端運動器材，汽車產品，電子，能源，航空航天和醫(yī)療制造過程。實驗室測試表明，這種新型粘合劑的強度高達7兆帕，與市場上的許多環(huán)氧粘合劑相當。

　　高級膠粘劑專家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幾分鐘內就能固化膠粘劑，且同時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>

　　這個為期三年的項目得到了新加坡的研究機構（ASTAR）的支持。展望未來，該團隊已通過該大學的創(chuàng)新和企業(yè)公司NTUitive申請了專利。他們希望與膠粘劑制造商合作，共同推進其技術的商業(yè)化和快速走向市場。

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