Các nhà khoa học sáng chế ra keo dính có thể kích hoạt bằng từ trường

Các loại keo dính truyền thống được làm từ nhựa epoxy được sử dụng để dán nhựa, gốm, gỗ thường sẽ phát huy tác dụng khi có hơi ẩm, nhiệt hoặc ánh sáng. Chưa dừng lại ở đó những loại keo trên còn yêu cầu một nhiệt độ cụ thể, dao động từ nhiệt độ phòng lên đến 80 độ C.

Quá trình keo dính khô lại là rất quan trọng trong việc liên kết và hàn gắn hai bề mặt lại với nhau, bởi lúc này keo dính sẽ kết tinh và cứng lại để đạt được độ chắc cao nhất. Loại keo dính khô bằng từ trường mà các nhà khoa học tại Đại học Công nghệ Nanyang phát triển được cho là có thể khô lại khi được đưa qua một từ trường. Điều này sẽ cực kỳ hữu ích trong những điều kiện môi trường nhất định, nơi những loại keo dính phổ thông hiện nay không thể đáp ứng được. Ngoài ra, khi sử dụng loại keo dính từ trường này lên các chất liệu cách điện như gỗ hay cao su thì các chất hoạt hóa như nhiệt, ánh sáng và không khí sẽ không làm ảnh hưởng đến quá trình kết dính.

Đối với các nhà sản xuất sợi carbon, chi phí để sản xuất sợi carbon từ trước đến này là rất cao bởi các nhà máy của họ phải sử dụng các lò lớn với nhiệt độ cao để có thể làm khô keo dính epoxy trong suốt nhiều giờ. Quá trình kết dính này đòi hỏi nhiều năng lượng vì vậy giá thành của sợi carbon luôn rất cao.

Loại keo dính magnetocuring mới được chế tạo bằng cách kết hợp một loại keo dính epoxy thông thường và những hạt nano từ tính chuyên dụng do các nhà khoa học NTU phát triển. Nó không cần phải được trộn lẫn với bất kỳ chất làm cứng nào khác, không như các loại keo dính hai thành phần trước đây. Cấu tạo này giúp cho việc sản xuất và tính ứng dụng của loại keo "từ trường" này trở nên dễ dàng và hữu ích hơn.

Loại keo dính mới này sẽ phát huy tác dụng khi đưa qua từ trường ( vốn dễ dàng có thể tạo ra thông qua một thiết bị điện tử cỡ nhỏ). Quá trình này sẽ tiêu tốn ít năng lượng hơn so với lò nhiệt độ cỡ lớn truyền thống qua đó tiết kiệm được rất nhiều chi phí trong khâu sản xuất. Cụ thể 1 gram keo dính magnetocuring có thể dễ dàng khô lại bởi một thiết bị điện tử 200-watt trong 5 phút (tiêu thụ 16,6Wh). Mức năng lượng này thấp hơn 120 lần so với một chiếc lò nhiệt 2.000-watt truyền thống, vốn mất đến 1 giờ (tiêu thụ khoảng 2.000Wh) để có thể làm khô chất liệu epoxy truyền thống.

Loại keo dính này được phát triển bởi gia sư Raju V. Ramanujan, Phó giáo sư Terry Steele, và Tiến sỹ Richa Chaudhary từ Đại học Kỹ thuật và Khoa học Vật liệu của NTU. Sáng chế này mới được công bố trên tạp chí koa học Applied Materials Today.

Loại keo dính mới có thể đem vào ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau, ví dụ như sản xuất thiết bị thể thao, xe hơi, đồ điện tử, năng lượng, hàng không và y tế v.v... Các bài test cho thấy loại keo dính mới này có độ bền lên đến 7 megapascals, tương đương với những loại keo dính thông thường.

"Mục đích nghiên cứu của chúng tôi là tìm cách làm khô keo dính trong vài phút thông qua việc tiếp xúc với từ trường, đồng thời ngăn hiện tượng quá nhiệt đối với các bề mặt dính keo. Điều này là rất quan trọng bởi một số bề mặt tiếp xúc với keo dính rất nhạy cảm với nhiệt ví dụ như những thiết bị điện tử chẳng hạn", Phó giáo sư Steele - chuyên gia về các loại keo dính cho biết.

Keo dính "từ trường" hoạt động như thế nào ?

Như đã nói ở trên loại keo dính mới này được cấu tạo từ 2 thành phần chính đó là epoxy thông thường và các hạt nano oxide được chế tọa từ một hợp chất hóa học bao gồm mangan, kẽm và sắt. Những hạt nano này được thiết kế để có thể nóng lên khi năng lượng điện từ chạy qua và bắt đầu quá trình kết dính.

Vì không cần các lò công nghiệp cỡ lớn nên việc hoạt hóa keo dính có thể được thực hiện trong những không gian và diện tích nhỏ hơn và cũng tiêu thụ ít năng lượng hơn. Năng lượng tiêu thụ trong quá trình làm khô keo dính là vô cùng quan trọng đối với sản xuất xanh. Việc sử dụng keo dính bằng từ trường sẽ giúp sản xuất các sản phẩm ở mức nhiệt thấp hơn, ít tốn năng lượng hơn qua đó giảm bớt chi phí sản xuất và giá thành sản phẩm từ đó cũng sẽ rẻ hơn. Ví dụ một nhà máy sản xuất giày thể thao thường gặp khó khăn trong việc nung nóng keo dính ở để cao su và nửa mặt trên giày bởi đế cao su là chất cách điện vì vật quá trình truyền nhiệt đến lướp keo epoxy truyền thống sẽ rất khó khăn. Sử dụng lại keo hoạt hóa bằng từ trường sẽ giúp các nhà máy sản xuất giày dẹp bỏ được khó khăn trên với chi phí sản xuất rẻ hơn.

Tăng năng suất

Giáo sư Raju Ramanujan, một chuyên gia nổi tiếng thế giới về vật liệu từ tính, đã dẫn đầu dự án và dự đoán rằng công nghệ này có thể nâng cao hiệu quả sản xuất các sản phẩm.

"Các hạt nano từ tính có thể kiểm soát được nhiệt độ của chúng tôi được thiết kế để pha trộn với các công thức kết dính một thành phần hiện có, vì vậy nhiều chất kết dính epoxy trên thị trường có thể được chuyển đổi thành chất kết dính được kích hoạt từ tính. Tốc độ và nhiệt độ của quá trình làm khô keo dính có thể được kiểm soát, vì vậy các nhà sản xuất sản phẩm hiện tại có thể thiết kế lại hoặc cải tiến các phương pháp sản xuất hiện có của họ. Ví dụ, thay vì dán và làm khô chúng thành từng khối trong dây chuyền lắp ráp truyền thống, một quy trình mới có thể là dán trước tất cả các thành phần và sau đó làm khô chúng khi chúng di chuyển. Không cần lò nướng công nghiệp, quá trình này sẽ tốn ít thời gian hơn và hiệu quả hơn", ông Raju Ramanujan chia sẻ.

Tiến sỹ Richa Chaudhary, cho biết: "Quá trình làm khô keo magnetocuring mới phát triển của chúng tôi chỉ mất vài phút thay vì vài giờ, nhưng nó vẫn có thể cố định bề mặt với độ bám dính mạnh, được sử dụng trong thể thao, chăm sóc sức khỏe, ô tô và hàng không. Quy trình hiệu quả này cũng tiết kiệm chi phí vì không gian và năng lượng cần thiết cho quá trình làm khô keo bằng nhiệt truyền thống được giảm đáng kể".

Trước đây, đã từng có một số công trình nghiên cứu phương thức hoạt hoá keo bằng một dòng điện chạy qua cuộn dây, gọi là "induction-curing" trong đó keo được nung nóng và làm khô cứng lại từ bên ngoài. Tuy nhiên, nhược điểm của nó là do hình thành các điểm nóng bên trong lớp keo, bề mặt có thể bị quá nhiệt và độ bám dính không đồng đều. Trong tương lai gần, các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ hợp tác với các nhà sản xuất chất kết dính để thương mại hóa công nghệ này. Họ cũng đã xin cấp bằng sáng chế và nhận được sự quan tâm của các nhà sản xuất đồ thể thao.

Theo Phys