Chociaż kleje przemysłowe świetnie nadają się do łączenia części A z częściami B, nie są one zbyt dobre dla środowiska, zwłaszcza te wykonane z chemikaliów na bazie ropy naftowej. Nie dość, że produkcja tych klejów wymaga dużej ilości energii i zasobów, to jeszcze może pozostawiać szkodliwe zanieczyszczenia. Co więcej, gdy przedmioty, w których zostały użyte, osiągną koniec swojego cyklu życia, mogą zanieczyścić glebę i wody gruntowe. Niektóre substancje chemiczne stosowane w produkcji klejów mogą być szkodliwe dla pracowników, którzy ich używają.
Czytaj też:Przełom w tworzeniu nowych materiałów. Naukowcy obserwują zachowanie nanocząstek
Zespół badawczy kierowany przez prof. Sergio Amancio z Instytutu Materiałoznawstwa, Łączenia i Formowania Politechniki w Grazu (TU Graz) pomyślnie przetestował dwie techniki, dzięki którym można uzyskać niezwykle mocne połączenia bez użycia klejów lub śrub. Zastosowanie tych technik w drewnie jest objęte patentem i może być stosowane w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym czy meblarskim.
Metal i drewno łączone bez toksycznego i szkodliwego dla środowiska kleju
W pierwszym przypadku naukowcy zastosowali proces drukowania 3D, który nazwali “Addjoining”. Udało im wytworzyć przy użyciu drukarki 3D różne materiały bezpośrednio na kawałku nieobrobionego drewna w taki sposób, by wnikały one w pory w drewnie, tworząc wiązanie w taki sam sposób, w jaki robiłoby to klej.
Czytaj też:A jednak się kręci! Koreańczycy wymyślili koło na nowo
Po rozerwaniu wiązania uczeni byli w stanie znaleźć polimer w porach drewna, co sugeruje, że pęknięcie nastąpiło w drewnie i polimerze, ale nie w połączeniu. Co więcej, wiązania wytworzone przy użyciu drukarki 3D można by jeszcze bardziej wzmocnić, gdyby drewno wytrawić laserowo, aby stworzyć bardziej złożone struktury lub większe pory, z którymi mógłby się połączyć inny materiał.
Prof. Sergio Amancio z TU Graz mówi:
Chcieliśmy pracować z jak najmniejszą liczbą kroków i przede wszystkim bez chemikaliów. Możemy wykorzystać tę technologię szczególnie dobrze w przypadku skomplikowanych geometrii 3D, ponieważ komponenty są drukowane bezpośrednio na powierzchni — w dowolnej wymaganej geometrii.
Druga technika scalania, została nazwana “łączeniem ultradźwiękowym”. Używano w niej instrumentu zwanego sonotrodą, aby wysyłać fale o wysokiej częstotliwości i niskich wibracjach przez połączenie drewna i polimerów metalowych. Wytwarzało to tarcie, które generowało wystarczająco dużo ciepła, aby połączyć ze sobą te dwa materiały. Ta technika jest szczególnie dobra dla dużych komponentów i struktur 2D, ponieważ są w niej uzyskiwane precyzyjnie zlokalizowane połączenie punktowe.
Naukowcy uważają, że ich nowe zielone techniki łączenia mogą znaleźć zastosowanie w przemyśle meblarskim, motoryzacyjnym i lotniczym.