Wissenschaftler erfinden neuen Kleber, der durch ein Magnetfeld aktiviert wird – spart Energie, Zeit und Platz

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Der neue Klebstoff ist ein potenzieller Segen für die umweltfreundliche Produktion und spart Energie, Zeit und Platz.
Wissenschaftler der Nanyang Technological University, Singapur (NTU Singapur), haben eine neue Methode entwickelt, um Klebstoffe mithilfe eines Magnetfeldes auszuhärten.
Herkömmliche Klebstoffe wie Epoxid, die zum Verkleben von Kunststoffen, Keramik und Holz verwendet werden, härten in der Regel mit Hilfe von Feuchtigkeit, Wärme oder Licht aus.

Sie erfordern oft bestimmte Aushärtungstemperaturen, die von Raumtemperatur bis zu 80 Grad Celsius reichen.

Der Aushärtungsprozess ist notwendig, um den Klebstoff mit den beiden befestigten Oberflächen zu vernetzen und zu verbinden, während der Klebstoff kristallisiert und aushärtet, um seine endgültige Festigkeit zu erreichen.
Der neue “magnetohärtende” Klebstoff von NTU kann aushärten, indem er durch ein Magnetfeld geleitet wird.

Dies ist sehr nützlich bei bestimmten Umgebungsbedingungen, bei denen die derzeitigen Klebstoffe nicht gut funktionieren.

Wenn der Klebstoff zwischen isolierendem Material wie Gummi oder Holz eingebettet ist, können herkömmliche Aktivatoren wie Wärme, Licht und Luft den Klebstoff nicht leicht erreichen.

Produkte wie Fahrradrahmen, Helme und Golfschläger aus Verbundwerkstoffen werden derzeit mit zweikomponentigen Epoxidklebstoffen hergestellt, bei denen ein Harz und ein Härter gemischt werden und die Reaktion sofort beginnt.
Hersteller von Kohlefasern – dünne Bänder aus Kohlenstoff, die Schicht für Schicht zusammengeklebt werden – und Hersteller von Sportgeräten, die Kohlefasern enthalten, verwenden in ihren Fabriken große Hochtemperaturöfen, um den Epoxidkleber über viele Stunden auszuhärten.

Dieser energieintensive Aushärtungsprozess ist der Hauptgrund für die hohen Kosten der Carbonfaser.
Der neue “magnetohärtende” Klebstoff wird durch die Kombination eines typischen, handelsüblichen Epoxid-Klebstoffs mit speziell zugeschnittenen magnetischen Nanopartikeln hergestellt, die von den NTU-Wissenschaftlern entwickelt wurden.

Im Gegensatz zu Zweikomponentenklebern (mit zwei Flüssigkeiten, die vor der Verwendung gemischt werden müssen) muss er nicht mit einem Härter oder Beschleuniger gemischt werden, wodurch er einfach herzustellen und anzuwenden ist.
Er verbindet die Materialien, wenn er durch das Durchlaufen eines Magnetfeldes aktiviert wird, das leicht durch ein kleines elektromagnetisches Gerät erzeugt werden kann.

Dies verbraucht weniger Energie als ein großer konventioneller Ofen.

Zum Beispiel kann ein Gramm magnetisch härtender Klebstoff mit einem elektromagnetischen 200-Watt-Gerät in fünf Minuten leicht ausgehärtet werden (Verbrauch von 16,6 Wattstunden).

Das ist 120-mal weniger Energie als ein herkömmlicher 2000-Watt-Ofen, der eine Stunde (mit einem Verbrauch von 2000 Wattstunden) für die Aushärtung von herkömmlichem Epoxid benötigt.
Die von Professor Raju V. Ramanujan, Associate Professor Terry Steele und Dr. Richa Chaudhary von der NTU School of Materials Science and Engineering entwickelten Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Applied Materials Today veröffentlicht und bieten potenzielle Anwendungsmöglichkeiten in einer Vielzahl von Bereichen.
Dazu gehören High-End-Sportgeräte, Automobilprodukte, Elektronik, Energie, Luft- und Raumfahrt sowie medizinische Fertigungsprozesse. Labortests haben gezeigt, dass der neue Klebstoff eine Festigkeit von bis zu 7 Megapascal aufweist, was mit vielen der auf dem Markt befindlichen Epoxidklebstoffe vergleichbar ist.
Assoc. Prof. Steele, ein Experte für verschiedene Arten von fortschrittlichen Klebstoffen, erklärte: “Unsere wichtigste Entwicklung ist eine Möglichkeit, Klebstoffe innerhalb von Minuten auszuhärten, wenn sie einem Magnetfeld ausgesetzt werden, und gleichzeitig eine Überhitzung der Oberflächen zu verhindern, auf die sie aufgetragen werden.

Das ist wichtig, da einige Oberflächen, die wir verbinden wollen, extrem hitzeempfindlich sind, wie etwa flexible Elektronik und biologisch abbaubare Kunststoffe.”
Wie der “magnetohärtende” Klebstoff funktioniert
Der neue Klebstoff besteht aus zwei Hauptkomponenten – einem handelsüblichen Epoxid, das durch Hitze gehärtet wird, und oxidischen Nanopartikeln aus einer chemischen Kombination aus Mangan, Zink und Eisen (MnxZn1-xFe2O4).
Diese Nanopartikel sind so konzipiert, dass sie sich erwärmen, wenn elektromagnetische Energie durch sie hindurch geleitet wird, wodurch der Aushärtungsprozess aktiviert wird.

Die maximale Temperatur und die Geschwindigkeit der Erwärmung können durch diese speziellen Nanopartikel kontrolliert werden, wodurch Überhitzung und Hotspot-Bildung vermieden werden.

Da keine großen Industrieöfen benötigt werden, ist die Aktivierung des Klebstoffs platz- und energieeffizienter.

Die Energieeffizienz im Aushärtungsprozess ist entscheidend für eine umweltfreundliche Produktion, bei der die Produkte bei niedrigeren Temperaturen hergestellt werden und weniger Energie für Heizung und Kühlung verbrauchen.
Zum Beispiel haben Hersteller von Sportschuhen oft Schwierigkeiten, die Klebstoffe zwischen den Gummisohlen und der oberen Hälfte des Schuhs zu erwärmen, da Gummi ein Wärmeisolator ist und der Wärmeübertragung auf den herkömmlichen Epoxidkleber widersteht.

Es wird ein Ofen benötigt, um den Schuh über eine lange Zeit aufzuheizen, bevor die Wärme den Kleber erreichen kann.
Bei der Verwendung von magnetfeldaktiviertem Kleber wird diese Schwierigkeit umgangen, indem der Aushärtungsprozess direkt nur im Kleber aktiviert wird.
Das magnetische Wechselfeld kann auch am Boden von Förderbandsystemen eingebettet werden, so dass Produkte mit bereits aufgetragenem Leim ausgehärtet werden können, wenn sie das Magnetfeld durchlaufen.
Verbesserung der Fertigungseffizienz
Prof. Raju Ramanujan, der für seine Fortschritte auf dem Gebiet der magnetischen Materialien international anerkannt ist, leitete das Projekt mit und sagt voraus, dass die Technologie in

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