Блог

Jul 19, 2023

Более прочная лента, созданная с помощью искусства резки

Команда Майкла Бартлетта из Технологического института Вирджинии адаптировала киригами, древнее японское искусство резки бумаги, в метод увеличения клеевого соединения обычной ленты в 60 раз. 22 июня 2023 г.

Команда Майкла Бартлетта из Технологического института Вирджинии адаптировала киригами, древнее японское искусство резки бумаги, в метод увеличения клеевого соединения обычной ленты в 60 раз.

22 июня 2023 г.

Клейкая лента выполняет множество функций: от быстрого ремонта бытовой техники до обеспечения надежной запечатывания отправляемой посылки. При использовании ленты с прочным соединением удалить ее можно только путем соскребания и поддевания углов ленты, отчаянно надеясь, что части поверхности не оторвутся вместе с лентой.

Но что, если бы вы могли сделать клей одновременно прочным и легко удаляемым? Эта, казалось бы, парадоксальная комбинация свойств может кардинально изменить применение роботов в захвате, носимых устройствах для мониторинга здоровья и производстве для сборки и переработки.

Разработка таких клеев, возможно, не за горами, благодаря последним исследованиям, проведенным командой Майкла Бартлетта, доцента кафедры машиностроения Технологического института Вирджинии, и опубликованным в журнале Nature Materials 22 июня.

Клейкие ленты были впервые разработаны в 1920-х годах для удовлетворения потребностей автомаляров, которым нужны были лучшие возможности для окраски кузовов автомобилей в два цвета. С тех пор, как была использована первая малярная лента, было создано множество других ее вариаций. Фабрики выпустили невидимую ленту для упаковки подарков, изоленту для покрытия проводов и клейкую ленту для большего количества применений, чем когда-либо предполагалось.

Обычно, когда ленты отклеиваются, они разделяются по прямой линии по длине ленты до тех пор, пока лента не будет полностью удалена. Прочные клеи труднее отслаивать, в то время как многоразовые клеи способствуют отделению, ограничивающему прочность.

Команда Бартлетта предположила, что если бы путь разделения контролировался, то, возможно, клеи можно было бы сделать одновременно прочными и съемными. Они использовали методы японского искусства, которому 2000 лет, чтобы определить, как это сделать.

Художественная форма киригами посредством складывания и вырезания может превратить плоский лист бумаги в форму или даже в трехмерный объект. Дети часто используют базовую форму этого метода при создании снежинок из бумаги.

Но исследовательская группа делала больше, чем просто снежинки. Из-за хитроумного происхождения киригами этот метод стал основой для создания кусочков или надрезов на клее. Команда Бартлетта использовала эти принципы для разработки серии U-образных разрезов.

«Мы поняли, что, используя надрезы, мы можем контролировать отделение клея», — сказал Бартлетт. «Спроектированный разрез может заставить путь отделения клея идти назад в определенных местах, что мы называем обратным распространением трещин, что делает клей очень прочным. Но при отслаивании в противоположном направлении он всегда продвигается вперед, что позволяет легко его удалить. Это довольно необычное поведение, но оно очень полезно для изготовления прочных, но легко отделяемых клеев».

Команда Бартлетта, в которую также входили доцент Ронг Лонг из Университета Колорадо в Боулдере и доцент Эрик Марквика из Университета Небраски в Линкольне, обнаружила, что применение этих надрезов сделало соединение ленты прочнее в 60 раз, при этом позволяя легко удаление путем пилинга в противоположном направлении. Команда также обнаружила, что тип ленты не имеет значения. Киригами увеличил прочность соединений всех протестированных типов лент: от упаковочных до медицинских. Во всех случаях прочные клеевые соединения становятся еще прочнее, а прочность более слабых клеев также увеличивается.

«Что действительно важно, так это форма и размер огранки», — сказал бывший аспирант Догю Хван. «Нам не нужно полагаться на конкретный клейкий материал, но поскольку надрезы выполняются с характерным размером, который определяется физикой клея, мы обнаружили, что это улучшает адгезию в каждой опробованной нами системе».

Другим интересным результатом этого подхода является то, что его можно гибко настраивать.

«Размещая надрезы в определенных местах, мы можем активировать обратное распространение трещин для настройки прочности адгезии в любом месте пленки, а также это позволяет программировать прочность адгезии в двух направлениях одновременно в одном участке пленки. Мы также используем подход к быстрому цифровому производству, поэтому мы можем быстро создавать адаптируемые клеи с регулируемой прочностью. Это очень интересная методология для разработки будущих клеев», — сказал Бартлетт.