Mis kinni ei jää, saab kinni väristatud: teadlased ühendasid metalli ja puidu

Liimivaba ühendus: Austria teadlased panid puidu ja metalli uutmoodi kokku, nii et ühenduskoht ei katke. Foto: Wolf / TU Graz

Puidust ja metallist erinevate asjade tootmine võib saada uue hingamise tänu kahele materjalide ühendamise tehnikale, mille on loonud Austria teadlased. Need kaks meetodit loovad ülitugevaid sidemeid pooride tasemel, kõrvaldades vajaduse kahjulike liimide järele.

Kuigi tööstuslikud liimid on väga tugevad erinevatest materjalidest osade ühendamiseks, ei ole need eriti keskkonnasõbralikud, eriti naftapõhistest kemikaalidest valmistatud liimid. Lisaks sellele, et nende tootmine nõuab palju energiat ja ressursse, võivad tootmisprotsessid põhjustada kahjulike saasteainete tekkimist. Samuti võivad liimid hiljem saastada pinnast ja põhjavett, kui neid sisaldavad tooted jõuavad oma eluea lõppu. Neil on veel üks kahjulik omadus: tavaliselt võivad mõned liimitootmises kasutatavad kemikaalid olla kahjulikud ka tehasetöötajatele, kes nendega kokku puutuvad.

Kuigi praeguseks on tehtud palju pingutusi keskkonnasõbralikumate liimide loomiseks, nagu näiteks korduvkasutatav taimne liim või biolagunev liim, läksid Austria Grazi Tehnikaülikooli (Graz University of Technology ehk TU Graz) teadlased teist teed. Täpsemalt võtsid nad kasutusele kaks erinevat lähenemisviisi, millega saavutati tugevad ühendused mitmesuguste puiduliikide ja kahte tüüpi plastide, roostevaba terase ning titaanisulami vahel.

3D-printer tagab tugeva ühenduse 

Esimeses meetodis kasutasid teadlased 3D-printimise protsessi, mida nad nimetasid Addjoininguks. Nad suutsid 3D-printida erinevaid materjale otse töötlemata puidu peale nii, et materjal tungis kindlalt puidu pooridesse ja moodustas tugeva sideme sarnaselt liimiga.

Protsessis osalenud järeldoktor Gean Marcatto selgitas, et pärast sideme murdumist leidsid nad polümeeri puidu pooridest ja murdunud puukiude omakorda polümeerist, mis viitab sellele, et murdumine toimus puidus ja polümeeris, kuid mitte loodud ühenduskohas.

Teadlased usuvad, et 3D-prinditud sidemed võivad olla veelgi tugevamad, kui puit oleks laseriga söövitamise teel keerukamateks struktuurideks või suuremate pooride materjaliks muudetud, et teised materjalid saaksid veelgi tugevamalt kinnituda.

Kuid peamine eesmärk tugevate ühenduste loomisel oli töötada võimalikult väheste sammudega ja eelkõige kemikaalivabalt, rõhutas uuringut juhtinud Sergio Amancio. Ta lisas, et nende tehnoloogiat saab eriti hästi kasutada keerukate 3D-geomeetriatega, kuna komponendid prinditakse otse pinnale.

Ultraheli mätsib samuti hästi

Teine teadlaste välja töötatud ühendustehnika sai nimeks Ultrasonic Joining. Selleks kasutati instrumenti, mida nimetatakse sonotrodiks, et saata puidu ja metallipolümeeride liitumiskohta kõrgsageduslikke vibratsioonilaineid.

Need lained tekitasid vajaliku hõõrdumise, mis lõi piisavalt soojust kahe materjali kokkusulatamiseks.

Uuringu kaasautor Awais Awan märgib, et see tehnika sobib eriti hästi suurte komponentide ja kahemõõtmeliste struktuuride jaoks, kuna nii saavutatakse täpselt lokaliseeritud punktühendus.

Teadlased usuvad, et nende uutel keskkonnasõbralikul ühendustehnikatel on rakendusi mööbli-, autotööstuses ja lennunduses.

Uuringut esitleti möödunud kuul Kreekas Rhodosel toimunud Rahvusvahelise Keetmise ja Ühendamise (IIW) aastakoosolekul ja rahvusvahelisel konverentsil.