Ученые из Австрии разработали два инновационных метода соединения материалов, которые могут существенно изменить процесс производства. Эти методы позволяют создавать прочные соединения на уровне пор, исключая необходимость использования токсичных клеев.
Склеивание без клея
Хотя промышленные клеи отлично подходят для соединения различных материалов, они негативно влияют на окружающую среду, особенно если они производятся из нефтепродуктов. Такие клеи требуют значительных энергетических затрат и ресурсов для производства, а их изготовление может привести к выбросам вредных веществ. Кроме того, после окончания срока службы изделий, в которых использовались клеи, они могут загрязнять почву и грунтовые воды. Некоторые химические вещества, используемые при производстве клеев, также могут быть вредными для работников, использующих их.
Ученые уже давно пытаются создать более экологичные клеи, но исследователи из Грацкого технического университета (TU Graz) в Австрии пошли совершенно иным путем. Они разработали два метода, которые позволили склеить различные типы древесины с двумя видами пластика, нержавеющей сталью и титановым сплавом. И все это - без клея.
Склеивание 3D-печатью
Первый метод, названный "Addjoining", основан на 3D-печати. Ученые смогли непосредственно печатать различные материалы на необработанной древесине таким образом, что они проникали в поры древесины, формируя соединение аналогично тому, как это делает клей.
Когда команда разорвала это соединение, на месте разрыва обнаружился полимер, который проник в поры древесины, а также сломанные волокна древесины в полимере. Это означает, что разрыв произошел в древесине и полимере, но не на стыке этих материалов.
Команда считает, что 3D-печатные соединения можно сделать еще прочнее, если древесину подвергнуть лазерной обработке для создания более сложных структур или более крупных пор для соединения с другим материалом. Но, по словам ученых, они хотели работать с минимальным количеством шагов и, прежде всего, без химикатов.
Эта технология особенно хорошо подходит для создания сложных трехмерных форм, потому что компоненты печатаются непосредственно на поверхности в любой необходимой геометрии.
Склеивание звуком
Второй метод соединения, разработанный исследователями, называется "Ультразвуковое соединение". Он использует инструмент, называемый сонотродом, для передачи высокочастотных, низкочастотных вибрационных волн через стык древесины и металлических полимеров. Это создает трение, которое генерирует достаточно тепла для соединения двух материалов.
Эта техника особенно хорошо подходит для больших компонентов и 2D-структур, поскольку позволяет достигать точно локализованного точечного соединения.
Исследователи считают, что их новые чистые методы соединения могут найти применение в мебельной, автомобильной и авиационной промышленности.
