Nastro più resistente progettato attraverso l'arte del taglio

Il team di Michael Bartlett della Virginia Tech ha adattato il kirigami, l'antica arte giapponese di tagliare la carta, in un metodo per aumentare di 60 volte il legame adesivo del normale nastro adesivo.

22 giugno 2023

Il nastro adesivo soddisfa molti scopi, dal fissaggio rapido degli elettrodomestici alla garanzia di una chiusura affidabile su un pacco spedito. Quando si utilizza un nastro con un legame forte, rimuoverlo potrebbe essere possibile solo raschiando e facendo leva sugli angoli del nastro, sperando disperatamente che i pezzi di superficie non si strappino con il nastro.

Ma cosa succederebbe se si potessero realizzare adesivi resistenti e facilmente rimovibili? Questa combinazione apparentemente paradossale di proprietà potrebbe cambiare radicalmente le applicazioni nella presa robotica, nei dispositivi indossabili per il monitoraggio sanitario e nella produzione per l’assemblaggio e il riciclaggio.

Lo sviluppo di tali adesivi potrebbe non essere così lontano secondo l'ultima ricerca condotta dal team di Michael Bartlett, assistente professore presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica della Virginia Tech, e pubblicata su Nature Materials il 22 giugno.

I nastri adesivi furono sviluppati per la prima volta negli anni '20 per soddisfare l'esigenza dei verniciatori di automobili che desideravano opzioni migliori per dipingere due colori sulle carrozzerie delle automobili. Da quando è stato utilizzato il primo nastro adesivo, sono state create molte altre varianti. Le fabbriche hanno lanciato nastri invisibili per avvolgere i regali, nastri isolanti per coprire i cavi e nastri adesivi per più usi di quanti ne fossero mai stati destinati.

Normalmente, quando i nastri vengono staccati, si separano in linea retta lungo la lunghezza della striscia finché il nastro non viene completamente rimosso. Gli adesivi forti sono resi più difficili da staccare, mentre gli adesivi riutilizzabili promuovono la separazione che limita la forza.

Il team di Bartlett ha teorizzato che se il percorso di separazione fosse controllato, forse gli adesivi potrebbero essere resi resistenti e rimovibili. Hanno attinto ai metodi di una forma d'arte giapponese di 2.000 anni per determinare come farlo.

La forma d'arte del kirigami, attraverso la piegatura e il taglio, può trasformare un foglio di carta piatto in una forma o addirittura in un oggetto tridimensionale. I bambini spesso usano una forma base di questo metodo quando creano fiocchi di neve di carta.

Ma il gruppo di ricerca non si limitava a produrre solo fiocchi di neve. A causa delle origini artistiche del kirigami, il metodo ha fornito una struttura per creare fette o tagli su un adesivo. Il team di Bartlett ha utilizzato questi principi per progettare una serie di tagli a forma di U.

"Ci siamo resi conto che utilizzando i tagli potevamo controllare il modo in cui un adesivo si separa", ha affermato Bartlett. “Un taglio ingegnerizzato può forzare il percorso di separazione dell’adesivo a tornare indietro in punti specifici, fenomeno che noi chiamiamo propagazione inversa della fessura, rendendo l’adesivo molto forte. Ma staccandosi nella direzione opposta, va sempre in avanti, facilitandone la rimozione. Questo è un comportamento abbastanza insolito, ma è molto utile per realizzare adesivi forti ma rilasciabili.

Il team di Bartlett, che comprendeva anche il professore associato Rong Long dell'Università del Colorado Boulder e il professore assistente Eric Markvicka dell'Università del Nebraska Lincoln, ha scoperto che l'applicazione di questi tagli rendeva il legame del nastro più forte di un fattore 60 pur consentendo un facile taglio. rimozione mediante pelatura nella direzione opposta. Il team ha inoltre scoperto che il tipo di nastro non aveva importanza. Kirigami ha aumentato i legami di ogni tipo di nastro testato, dai nastri da imballaggio ai nastri medicali. In tutti i casi, i legami adesivi forti diventano ancora più forti e anche gli adesivi normalmente più deboli aumentano di forza.

"Ciò che conta davvero è la forma e la dimensione del taglio", ha detto l'ex ricercatore laureato Dohgyu Hwang. "Non dobbiamo fare affidamento sul materiale adesivo specifico, ma finché i tagli vengono eseguiti a una dimensione caratteristica, definita dalla fisica dell'adesivo, abbiamo scoperto che questa adesione migliorava in ogni sistema che abbiamo provato."

L’altro risultato interessante di questo approccio è che può essere altamente personalizzato.

“Posizionando i tagli in posizioni specifiche, possiamo attivare questa propagazione inversa delle cricche per regolare la forza di adesione in qualsiasi posizione della pellicola e consente inoltre la programmazione della forza adesiva in due direzioni simultaneamente in una singola regione di una pellicola. Utilizziamo inoltre un approccio rapido alla fabbricazione digitale, in modo da poter creare rapidamente adesivi altamente personalizzabili con resistenza personalizzabile. Questa è una metodologia molto interessante per lo sviluppo dei futuri adesivi”, ha affermato Bartlett.