運用日本剪紙技術 美研製出超強且易清除膠帶

【2023年07月11日訊】(大紀元專題部記者吳瑞昌編譯報導)膠帶用途廣泛,不管是工業、商業還是居家,都離不開膠帶。不過,一些強力膠帶因為不易清除,又耗時費力,給人帶來許多煩惱。美國一所大學利用日本剪紙技術,讓普通膠帶不僅擁有強大黏力,且又容易清除。

膠帶的歷史可追溯到1920年代。當時為了能使汽車油漆工噴塗車身,人們發明的遮蔽膠帶。慢慢地又陸續發明其它變體膠帶,包括包裝禮物的透明膠帶、用於覆蓋電線的電工膠帶,以及管道膠帶等。

後來,科學家採用許多控制黏附力的辦法,包括調整膠帶上的膠水化學性質、或改變其膠帶材質來強化黏性,但這些經過強化的膠帶,卻變難以撕下來,既使撕下來也容易有殘膠黏附在物體上面,且難以重複利用。

美國弗吉尼亞理工大學(Virginia Tech)機械工程團隊通過對膠帶進行物理切割,在不改變膠帶和膠水的化學性質前提之下,達到強化膠帶的黏著性和易撕性。這項新研究6月22日發表在《自然材料》(Nature Materials)雜誌上。

他們的研發靈感源自於日本的剪紙藝術。日本剪紙藝術的特點是通過折疊和切割,將一張原本平板紙變成某種形狀甚至三維物體,孩子們在製作紙雪花時經常使用這種方法。

研究人員對含有聚二甲基矽氧烷(PDMS)黏合劑的聚對苯二甲酸乙二酯(PET)材質的膠帶,進行多種樣式的切割和比較。發現有U型和箭頭型切割的膠帶黏性增加最多,而V型次之,最差是一字,但箭頭型和V型的黏合方向性過強,不適合快速剝離膠面,因此採用黏合方向適中的U型。

研究團隊對膠帶切割多個同一方向的U型裂紋後,這一舉動可以讓這種膠帶黏附力,比無切割過的膠帶提高60倍,且還可重複使用。另外,這種增強的附著力可以進行超過100次的撕黏周期,都不會有巨大的改變。

這種方法也可使膠帶輕鬆被撕下,只要對準膠帶U型的開口面做撕開的動作,就能輕鬆把膠帶從物體上取下,若對U型開口進行反面撕開的動作,則會增加膠帶在物體上的黏附能力。

研究團隊還對包裝膠帶、醫用膠帶等各種膠帶進行測試。發現膠帶的類型並不重要,只要在膠帶上切割出固有的幾何形,都能達到在不依賴特定的化學、環境條件(潮濕或乾燥)的情況下,調節膠帶的黏合力。

實驗結果顯示,當對膠帶做逆U型方下撕開時,U型切口和U型切口之間的縫隙會先被撕下,而U型切口地方幾乎不動,這導致撕下膠帶的力度需要增加,且膠帶也不會出現直線分離。

膠帶的前後兩個U型與左右U型的切割距離,都會影響膠帶的黏著力。若兩者距離過近,會導致這種U型切割帶來的功能性降低。另外,實驗中發現這種U型與U型之間的距離帶來的影響,與膠帶之間的材料、黏著劑和環境濕度關係不大。

研究團隊的研究員表示,「真正改變膠帶特性的是切口的形狀和大小,因此我們不必依賴特定的黏合劑材料。不過,我需要按照黏合劑的物理特性和特徵,進行不同尺寸的切割。」

研究人員把切割過的膠帶分布在手套、磚頭和機械臂上,發現確實能夠有效的增強這些物體的抓力。

實驗結果證實,膠帶可重複使用,可在未來用於抓取機器人、牢固附著但易於拆卸的設備、監測醫療健康可穿戴電子產品等方面上,既可減少組裝和拆卸造成的浪費,又便於回收作業。

該校的機械工程系助理教授邁克爾·巴特利特(Michael Bartlett)說,「我們意識到,可以通過膠帶的切口控制膠帶的分離方式,這使得黏合劑變得非常堅固且易於去除。這是一項不尋常的發現。」

他還表示,對未來粘合劑的研發來說,這一工藝及其特性令人興奮。

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