(圖片來(lái)源:美國(guó)化學(xué)理事會(huì))

       研究表明，一種新型"可逆性"膠水可讓修復(fù)/重連后的粘接更加牢固。

       日前，ACC美國(guó)化學(xué)理事會(huì) (American Chemistry Council) 和美國(guó)密歇根州立大學(xué) (MSU) 的研究人員展示了一種新型"可逆性"多材料連接粘合劑。這種粘合劑的特別之處可以讓修復(fù)/重連之后的粘接更為牢固，而這種特性將極大地便利一些大量采用碳纖維增強(qiáng)材料 (CFRP) 車型的維修保養(yǎng)和報(bào)廢回收。

       在美國(guó)密歇根州特拉弗斯市舉辦的管理研討會(huì) (MBS) 期間，美國(guó)索爾維特種聚合物 (Solvay Specialty Polymers) 公司汽車業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理、美國(guó)化學(xué)理事會(huì)汽車工作組現(xiàn)任輪值主席Sandra McClelland表示，"今年，研究人員發(fā)現(xiàn)，我們可以使用這種粘合劑進(jìn)行部件粘合，而后將粘合的部件分離，最后再次進(jìn)行二次粘合，而'愈合'后的新連接甚至比第一次粘合更加牢固。這意味著，經(jīng)過(guò)這種膠水的修復(fù)，一個(gè)在車禍中受到損壞的碳纖維車架可能比碰撞之前更加結(jié)實(shí)，而里程已經(jīng)50,000 英里的車輛進(jìn)行修復(fù)，車輛的碳纖維車架甚至比出廠時(shí)更加結(jié)實(shí)。"

       McClelland 介紹了索爾維公司與密歇根州立大學(xué)復(fù)合汽車研究中心 (Composite Vehicle Research Center) 及 Mahmoodul Haq 博士在可逆性多材料粘接合作研究項(xiàng)目中的最新發(fā)現(xiàn)。這種新型粘接劑的研發(fā)，主要是為了滿足汽車行業(yè)對(duì)連接技術(shù)的多項(xiàng)要求，包括:不同材料(塑料、鋼、鋁和復(fù)合材料)的連接、車輛減重、連接牢固性(ASTM 美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)的結(jié)構(gòu)效率測(cè)試)、45 秒內(nèi)完成粘接工序，以及連接過(guò)程可逆等。也就是說(shuō)，粘接后的部件可以在當(dāng)?shù)剀噺S的維修保養(yǎng)環(huán)節(jié)中分離，并"重新進(jìn)行連接"，使車輛報(bào)廢后的復(fù)合材料回收也將更加便捷快速。

       在管理研討會(huì)上，McClelland 表示，這種"神奇的膠水"是美國(guó)化學(xué)理事會(huì)和密歇根州立大學(xué)的聯(lián)合研究成果，目前看來(lái)可以滿足汽車行業(yè)的上述各種要求。這種熱塑性粘合劑的另一個(gè)特殊之處在于，可以將需要連接的組件接縫完全連接在一起，而非僅連接部分粘接點(diǎn)。此外，由于連接處的擴(kuò)展應(yīng)力"相當(dāng)強(qiáng)"，廠商還可以顯著減少這種粘合劑的用量，從而實(shí)現(xiàn)額外的車輛減重效果。

可逆性粘合劑可以在車輛的維修保養(yǎng)和報(bào)廢回收過(guò)程中發(fā)揮巨大作用，特別是對(duì)BMW i8 等大量采用碳纖維增強(qiáng)材料的車型來(lái)說(shuō)，尤其如此。(圖片來(lái)源:BMW) 

       可逆性過(guò)程

       McClelland 表示，這種熱塑性粘接劑可以在不到 1 分鐘內(nèi)完成融化、分離、重連的完整過(guò)程，完全符合車輛裝配廠對(duì)粘接工藝的速度要求。具體來(lái)說(shuō)，這種可逆性粘接劑內(nèi)含大量磁性納米鐵微球，而這些金屬納米顆粒將在電流通過(guò)時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)，并在幾秒內(nèi)快速升溫至很高的溫度(300 到 800°F之間)，從而在周圍材料開始變熱之前完成融化分離過(guò)程。此后，這種粘合劑還可以在幾秒鐘內(nèi)硬化，也就是從本質(zhì)上成為了一種可是隨時(shí)滿足融化分離和重新粘接需求的"快干膠水"。

       密歇根州立大學(xué)的研究人員首先使用加熱的粘接劑連接多種不同材料，而后對(duì)這些連接處進(jìn)行了失效測(cè)試，并按照 ASTM 協(xié)會(huì)對(duì)抗疲勞強(qiáng)度、剪切應(yīng)力、沖擊應(yīng)力、彎曲蠕變模量等參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)估這些連接處的結(jié)構(gòu)效率。此后，研究人員利用電磁線圈在 30 秒內(nèi)重新融化粘合劑，并對(duì)"愈合"后的新連接進(jìn)行平行重復(fù)試驗(yàn)。數(shù)據(jù)表明，新形成的連接更牢固。

       McClelland 表示，"通過(guò)融化粘合劑并重新賦予它所需的能量，新連接的結(jié)晶程度比之前更高，而聚合物的結(jié)晶程度可以在一定程度上決定該聚合物的強(qiáng)度。"

       McClelland補(bǔ)充說(shuō)，研發(fā)人員將首先嘗試降低這種粘接劑的成本，然后逐步進(jìn)行商業(yè)化推廣，但目前尚未制定具體的時(shí)間計(jì)劃。

       據(jù) McClelland介紹，"這種粘接劑具備在修復(fù)后更加牢固的特點(diǎn)，可以在一定程度上解決汽車行業(yè)所面對(duì)的'連接點(diǎn)'疲勞問題。"