科学家发明了由磁场激活的新型胶粘剂——可以节省能源、时间和空间

NTURaju教授拿着并弯曲中间用磁固化胶粘合的两块木头，以展示其强大的粘合强度。作为绿色制造的潜在好处，这种新型胶水可以节省能源、时间和空间。

新加坡南洋理工大学(NTUSingapore)的科学家开发出一种利用磁场固化胶粘剂的新方法。用于粘合塑料、陶瓷和木材的传统粘合剂（如环氧树脂）通常设计为使用热或光来固化。它们通常需要特定的固化温度，从室温到80℃不等。当胶水结晶和硬化以达到其最终强度时，固化过程对于将胶水与两个固定表面交联和粘合是必要的。NTU的新型“磁固化”胶可以通过磁场进行固化，这在粘合剂不能很好工作的某些环境条件下非常有用。此外，当粘合剂夹在橡胶或木材等绝缘材料之间时，热、光和空气等传统活化剂无法轻易接触到并激活粘合剂。

复合材料自行车车架、头盔和高尔夫球杆等产品主要由两部分环氧树脂粘合剂制成，其中树脂和硬化剂混合，反应立即开始。对于碳纤维制造商和涉及碳纤维的运动器材制造商，他们的工厂使用大型高温烤箱在数小时内固化环氧树脂胶（注：碳纤维是由碳一层层粘合在一起组成的薄碳带）。这种高耗能的固化工艺是碳纤维成本高的主要原因。这种新型“磁固化”粘合剂是通过将典型的市售环氧树脂粘合剂与特别定制的磁性纳米粒子相结合制成的。它不需要与任何硬化剂或促进剂混合，不像双组分胶粘剂（使用前必须混合两种液体），使其易于制造和应用。当它通过磁场被激活时，它会结合材料，并且可以由小型电磁装置产生的磁场激活，这与大型传统烤箱固化相比优势明显：更便利，更少的能源，更少的空间。

斯蒂尔副教授（左）和Richa博士使用电磁场在棉网上固化磁固化胶。

例如，1克磁固化粘合剂可以通过W的电磁装置在5分钟内轻松固化（消耗16.6瓦时）。这比传统的0瓦烤箱需要一个小时（消耗0瓦时）固化传统环氧树脂所需的能量少倍。这种新型胶粘剂具有广泛的应用前景：这包括高端运动器材、汽车产品、电子、能源、航空航天和医疗制造工艺。实验室测试表明，这种新型粘合剂的强度高达7MPa，与市场上的大多数环氧树脂粘合剂强度相当。先进粘合剂专家副教授斯蒂尔解释说：“我们的最关键的一点是开发了一种在在磁场环境中几分钟内固化的方法，同时防止它们所施加的表面过热。这很重要，因为我们想要连接的某些表面对热非常敏感，例如柔性电子产品和可生物降解塑料。”

“磁固化”胶水的工作原理这种新型粘合剂由两种主要成分组成——一种通过热固化的市售环氧树脂，以及由锰、锌和铁（MnxZn1-xFe2O4）等化学组合制成的氧化物纳米颗粒。这些纳米粒子的设计目的是通过磁场为它们加热，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，从而消除过热和热点形成。

（从左到右）南大副教授TerrySteele、RajuV.Ramanujan教授和RichaChaudhary博士举着用他们的新型磁固化胶粘合的各种软硬材料。

在不需要大型工业烘箱的情况下，胶水的活化在空间和能源消耗方面具有较小的占地面积。固化过程中的能源效率对于绿色制造至关重要，在绿色制造中，产品在较低温度下制造，加热和冷却使用的能源更少。例如，运动鞋制造商通常难以加热橡胶鞋底和鞋的上半部分之间的粘合剂，因为橡胶是一种隔热材料，可以防止热量传递到传统的环氧胶。需要烤箱长时间加热鞋子，然后热量才能到达胶水。使用磁场激活的胶水绕过了这个困难，直接激活胶水的固化过程。交变磁场也可以嵌入传送带系统的底部，使预涂胶的产品在通过磁场时可以固化，提高制造效率。

RajuRamanujan教授因其在磁性材料方面的进步而享誉国际，他共同领导了该项目，并预测该技术可以显著提高胶粘剂固化环节的制造效率。“我们的温控磁性纳米粒子旨在与现有的一锅胶粘剂配方混合，因此市场上的许多环氧基胶粘剂都可以转化为磁场激活胶水。固化的速度和温度可以调节，因此现有产品的制造商可以重新设计或改进现有的制造方法。例如，新工艺可以在所有部件上预先涂抹胶水，然后在它们沿着传送链移动时固化它们，而不是在传统的装配线上涂胶并逐个固化。如果没有烤箱，它将大大减少停机时间并提高生产效率。”该研究的第一作者RichaChaudhary博士说：“我们新开发的磁固化粘合剂的固化只需几分钟而不是几小时，而且能够通过高强度粘合来固定表面，这在运动鞋制造、医疗、汽车和航空航天工业等领域中引起了极大的兴趣。这种高效的工艺还可以节省成本，因为传统热固化所需的空间和能源显着减少。”