Científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur NTU Singapur, han desarrollado una nueva forma de curar adhesivos mediante un campo magnético.
Los adhesivos convencionales como el epoxi que se utilizan para unir plástico, cerámica y madera suelen estar diseñados para curar con humedad, calor o luz. A menudo requieren temperaturas de curado específicas, que van desde la temperatura ambiente hasta los 80 grados Celsius.
El proceso de curado es necesario para reticular y unir el pegamento con las dos superficies aseguradas a medida que el pegamento cristaliza y se endurece para lograr su resistencia final.
El nuevo pegamento de "curado magnético" de NTU puede curar al pasarlo a través de un campo magnético. Esto es muy útil en ciertas condiciones ambientales donde los adhesivos actuales no funcionan bien. Además, cuando el adhesivo está intercalado entre material aislante como caucho o madera, losactivadores como el calor, la luz y el aire no pueden alcanzar fácilmente el adhesivo.
Productos como cuadros de bicicleta compuestos, cascos y palos de golf, actualmente se fabrican con adhesivos epoxi de dos componentes, donde se mezclan una resina y un endurecedor y la reacción comienza inmediatamente.
Para los fabricantes de fibra de carbono cintas delgadas de carbono pegadas capa por capa y los fabricantes de equipos deportivos que utilizan fibra de carbono, sus fábricas utilizan hornos grandes de alta temperatura para curar el pegamento epoxi durante muchas horas. Esto requiere mucha energía.El proceso de curado es la razón principal del alto costo de la fibra de carbono.
El nuevo adhesivo de "curado magnético" se fabrica combinando un adhesivo epoxi típico disponible en el mercado con nanopartículas magnéticas especialmente diseñadas por los científicos de NTU. No necesita mezclarse con ningún endurecedor o acelerador, a diferencia de los adhesivos de dos componentes que tienendos líquidos que deben mezclarse antes de su uso, lo que facilita su fabricación y aplicación.
Adhiere los materiales cuando se activa al pasar a través de un campo magnético, que se genera fácilmente mediante un pequeño dispositivo electromagnético. Esto usa menos energía que un horno convencional grande.
Por ejemplo, un gramo de adhesivo de curado magnético se puede curar fácilmente con un dispositivo electromagnético de 200 vatios en cinco minutos consumiendo 16.6 vatios hora. Esto es 120 veces menos energía necesaria que un horno tradicional de 2000 vatios que toma una hora consumiendo 2000 Watt Horas para curar el epoxi convencional.
Desarrollado por el profesor Raju V. Ramanujan, el profesor asociado Terry Steele y el Dr. Richa Chaudhary de la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la NTU, los hallazgos se publicaron en la revista científica Materiales aplicados hoy y ofrecen una aplicación potencial en una amplia gama de campos.
Esto incluye equipos deportivos de alta gama, productos automotrices, electrónica, energía, procesos de fabricación aeroespacial y médica. Las pruebas de laboratorio han demostrado que el nuevo adhesivo tiene una resistencia de hasta 7 megapascales, a la par con muchos de los adhesivos epoxi del mercado..
El profesor asociado Steele, experto en varios tipos de adhesivos avanzados, explicó: "Nuestro desarrollo clave es una forma de curar los adhesivos en cuestión de minutos después de la exposición a un campo magnético, evitando al mismo tiempo el sobrecalentamiento de las superficies a las que se aplican.importante ya que algunas superficies que queremos unir son extremadamente sensibles al calor, como la electrónica flexible y los plásticos biodegradables ".
Cómo funciona el pegamento de "curado magnético"
El nuevo adhesivo está hecho de dos componentes principales: un epoxi disponible comercialmente que se cura mediante calor y nanopartículas de óxido hechas de una combinación química que incluye manganeso, zinc y hierro MnxZn1-xFe2O4.
Estas nanopartículas están diseñadas para calentarse cuando la energía electromagnética pasa a través de ellas, activando el proceso de curado. La temperatura máxima y la velocidad de calentamiento pueden ser controladas por estas nanopartículas especiales, eliminando el sobrecalentamiento y la formación de puntos calientes.
Sin la necesidad de grandes hornos industriales, la activación del pegamento tiene una menor huella en términos de espacio y consumo de energía. La eficiencia energética en el proceso de curado es crucial para la fabricación ecológica, donde los productos se fabrican a temperaturas más bajas y usan menosenergía para calefacción y refrigeración.
Por ejemplo, los fabricantes de calzado deportivo a menudo tienen dificultades para calentar los adhesivos entre las suelas de goma y la mitad superior del zapato, ya que la goma es un aislante térmico y resiste la transmisión de calor al pegamento epoxi convencional. Se necesita un horno paracalentar el zapato durante mucho tiempo antes de que el calor pueda alcanzar el pegamento.
El uso de pegamento activado por campo magnético evita esta dificultad, activando directamente el proceso de curado solo en el pegamento.
El campo magnético alterno también se puede incrustar en la parte inferior de los sistemas de cintas transportadoras, por lo que los productos con pegamento preaplicado se pueden curar cuando pasan a través del campo magnético.
Mejora de la eficiencia de fabricación
El profesor Raju Ramanujan, que es reconocido internacionalmente por sus avances en materiales magnéticos, lideró conjuntamente el proyecto y predice que la tecnología podría aumentar la eficiencia de la fabricación donde se necesitan juntas adhesivas.
"Nuestras nanopartículas magnéticas de temperatura controlada están diseñadas para mezclarse con las formulaciones de adhesivos de un solo recipiente existentes, por lo que muchos de los adhesivos a base de epoxi en el mercado podrían convertirse en pegamento activado por campo magnético", dijo el profesor Ramanujan.
"La velocidad y la temperatura de curado se pueden ajustar, por lo que los fabricantes de productos existentes podrían rediseñar o mejorar sus métodos de fabricación existentes. Por ejemplo, en lugar de aplicar pegamento y curarlo parte por parte en una línea de ensamblaje convencional, el nuevo proceso podríaSería preaplicar pegamento en todas las piezas y luego curarlas a medida que se mueven a lo largo de la cadena del transportador. Sin los hornos, se produciría un tiempo de inactividad mucho menor y una producción más eficiente ".
Primera autora del estudio, la Dra. Richa Chaudhary dijo: "El curado de nuestro adhesivo de curado magneto recién desarrollado toma solo varios minutos en lugar de horas y, sin embargo, es capaz de asegurar superficies con uniones de alta resistencia, lo cual es de considerable interés en elindustrias deportivas, médicas, automotrices y aeroespaciales. Este proceso eficiente también puede generar ahorros de costos ya que el espacio y la energía necesarios para el curado por calor convencional se reducen significativamente.
Este proyecto de tres años fue apoyado por la Agencia de Ciencia, Tecnología e Investigación A? STAR.
El trabajo anterior sobre pegamento activado por calor utilizó una corriente eléctrica que fluye a través de una bobina, conocida como curado por inducción, donde el pegamento se calienta y cura desde el exterior. Sin embargo, sus inconvenientes incluyen el sobrecalentamiento de las superficies y la unión desigual debido a la formación de puntos calientesdentro del adhesivo.
En el futuro, el equipo espera involucrar a los fabricantes de adhesivos para que colaboren en la comercialización de su tecnología. Han presentado una patente a través de NTUitive, la empresa de innovación y empresa de la universidad. Ya han recibido interés en su investigación de los fabricantes de artículos deportivos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Nanyang . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :