运用日本剪纸技术 美研制出超强且易清除胶带

Daphane

來源:大纪元


弗吉尼亚理工大学对胶带进行多个U字型裁切后，既可增强胶带黏着力，又便于清除。（Alex Parrish for Virginia Tech）



【大纪元2023年07月11日讯】（大纪元专题部记者吴瑞昌编译报导）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。
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，以及管道胶带等。
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（Virginia Tech）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日发表在《自然材料》（Nature Materials）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（PDMS）黏合剂的聚对苯二甲酸乙二酯（PET）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（Michael Bartlett）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。