运用日本剪纸技术 美研制出超强且易清除胶带

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  胶带用途广泛,不管是工业、商业还是居家,都离不开胶带。不过,一些强力胶带因为不易清除,又耗时费力,给人带来许多烦恼。美国一所大学利用日本剪纸技术,让普通胶带不仅拥有强大黏力,且又容易清除。

运用日本剪纸技术 美研制出超强且易清除胶带

  胶带的历史可追溯到1920年代。当时为了能使汽车油漆工喷涂车身,人们发明的遮蔽胶带。慢慢地又陆续发明其它变体胶带,包括包装礼物的透明胶带、用于覆盖电线的电工胶带,以及渠道胶带等。

  后来,科学家采用许多控制黏附力的办法,包括调整胶带上的胶水化学性质、或改变其胶带材质来强化黏性,但这些经过强化的胶带,却变难以撕下来,既使撕下来也容易有残胶黏附在物体上面,且难以重复利用。

  美国弗吉尼亚理工大学机械工程团队通过对胶带进行物理切割,在不改变胶带和胶水的化学性质前提之下,达到强化胶带的黏着性和易撕性。这项新研究6月22日发布在《自然材料》杂志上。

  他们的研发灵感源自于日本的剪纸艺术。日本剪纸艺术的特点是通过折叠和切割,将一张原本平板纸变成某种形状甚至三维物体,孩子们在制作纸雪花时经常使用这种方法。

  研究人员对含有聚二甲基硅氧烷黏合剂的聚对苯二甲酸乙二酯材质的胶带,进行多种样式的切割和比较。发现有U型和箭头型切割的胶带黏性增加最多,而V型次之,最差是一字,但箭头型和V型的黏合方向性过强,不适合快速剥离胶面,因此采用黏合方向适中的U型。

  研究团队对胶带切割多个同一方向的U型裂纹后,这一举动可以让这种胶带黏附力,比无切割过的胶带提高60倍,且还可重复使用。另外,这种增强的附着力可以进行超过100次的撕黏周期,都不会有巨大的改变。

  这种方法也可使胶带轻松被撕下,只要对准胶带U型的开口面做撕开的动作,就能轻松把胶带从物体上取下,若对U型开口进行反面撕开的动作,则会增加胶带在物体上的黏附能力。

  研究团队还对包装胶带、医用胶带等各种胶带进行测试。发现胶带的类型并不重要,只要在胶带上切割出固有的几何形,都能达到在不依赖特定的化学、环境条件(潮湿或干燥)的情况下,调节胶带的黏合力。

  实验结果显示,当对胶带做逆U型方下撕开时,U型切口和U型切口之间的缝隙会先被撕下,而U型切口地方几乎不动,这导致撕下胶带的力度需要增加,且胶带也不会出现直线分离。

  胶带的前后两个U型与左右U型的切割距离,都会影响胶带的黏着力。若两者距离过近,会导致这种U型切割带来的功能性降低。另外,实验中发现这种U型与U型之间的距离带来的影响,与胶带之间的材料、黏着剂和环境湿度关系不大。

  研究团队的研究员表示,“真正改变胶带特性的是切口的形状和大小,因此我们不必依赖特定的黏合剂材料。不过,我需要按照黏合剂的物理特性和特征,进行不同尺寸的切割。”

  研究人员把切割过的胶带分布在手套、砖头和机械臂上,发现确实能够有效的增强这些物体的抓力。

  实验结果证实,胶带可重复使用,可在未来用于抓取机器人、牢固附着但易于拆卸的设备、监测医疗健康可穿戴电子产品等方面上,既可减少组装和拆卸造成的浪费,又便于回收作业。

  该校的机械工程系助理教授迈克尔·巴特利特说,“我们意识到,可以通过胶带的切口控制胶带的分离方式,这使得黏合剂变得非常坚固且易于去除。这是一项不寻常的发现。”

  他还表示,对未来粘合剂的研发来说,这一工艺及其特性令人兴奋。

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