Ruban plus résistant conçu grâce à l'art de la coupe

L'équipe de Michael Bartlett de Virginia Tech a adapté le kirigami, l'art japonais ancien de découpe du papier, en une méthode permettant d'augmenter de 60 fois la liaison adhésive d'un ruban adhésif ordinaire.

22 juin 2023

Le ruban adhésif remplit de nombreuses fonctions, depuis la fixation rapide d'appareils électroménagers jusqu'à assurer une fermeture fiable sur un colis posté. Lorsque vous utilisez du ruban adhésif avec une forte adhérence, son retrait n'est possible qu'en grattant et en faisant levier sur les coins du ruban, en espérant désespérément que les morceaux de surface ne se déchirent pas avec le ruban.

Et si vous pouviez fabriquer des adhésifs à la fois solides et faciles à enlever ? Cette combinaison de propriétés apparemment paradoxale pourrait changer radicalement les applications dans les domaines de la préhension robotique, des appareils portables pour la surveillance de la santé et de la fabrication pour l'assemblage et le recyclage.

Le développement de tels adhésifs n'est peut-être pas si loin si l'on en croit les dernières recherches menées par l'équipe de Michael Bartlett, professeur adjoint au département de génie mécanique de Virginia Tech, et publiées dans Nature Materials le 22 juin.

Les rubans adhésifs ont été développés pour la première fois dans les années 1920 pour répondre au besoin des peintres automobiles qui recherchaient de meilleures options pour peindre en deux couleurs sur les carrosseries. Depuis que le premier ruban de masquage a été utilisé, de nombreuses autres variantes ont été créées. Les usines ont déployé du ruban adhésif invisible pour emballer les cadeaux, du ruban électrique pour recouvrir les fils et du ruban adhésif en toile pour plus d'utilisations qu'il n'aurait jamais été prévu.

Normalement, lorsque les rubans sont décollés, ils se séparent en ligne droite sur toute la longueur de la bande jusqu'à ce que le ruban soit complètement retiré. Les adhésifs puissants sont rendus plus difficiles à décoller, tandis que les adhésifs réutilisables favorisent la séparation qui limite la résistance.

L'équipe de Bartlett a émis l'hypothèse que si le chemin de séparation était contrôlé, les adhésifs pourraient peut-être devenir à la fois solides et amovibles. Ils ont exploité les méthodes d’une forme d’art japonaise vieille de 2 000 ans pour déterminer comment y parvenir.

La forme d'art du kirigami, grâce au pliage et au découpage, peut transformer une feuille de papier plate en une forme ou même en un objet tridimensionnel. Les enfants utilisent souvent une forme basique de cette méthode pour créer des flocons de neige en papier.

Mais l’équipe de recherche fabriquait bien plus que des flocons de neige. En raison des origines astucieuses du kirigami, la méthode fournissait un cadre pour établir des tranches ou des coupes sur un adhésif. L'équipe de Bartlett a utilisé ces principes pour concevoir une série de coupes en forme de U.

"Nous avons réalisé qu'en utilisant des coupes, nous pouvions contrôler la façon dont un adhésif se sépare", a déclaré Bartlett. « Une coupe technique peut forcer le chemin de séparation de l'adhésif à reculer à des endroits spécifiques, ce que nous appelons propagation inverse des fissures, ce qui rend l'adhésif très résistant. Mais en pelant dans le sens inverse, il avance toujours, ce qui facilite son retrait. Il s’agit d’un comportement assez inhabituel, mais il est très utile pour fabriquer des adhésifs solides mais détachables.

L'équipe de Bartlett, qui comprenait également le professeur agrégé Rong Long de l'Université du Colorado Boulder et le professeur adjoint Eric Markvicka de l'Université du Nebraska Lincoln, a découvert que l'application de ces coupes renforçait l'adhérence du ruban d'un facteur 60 tout en permettant une pose facile. retrait en pelant dans le sens opposé. L'équipe a également constaté que le type de bande n'avait pas d'importance. Kirigami a augmenté les liaisons de chaque type de ruban testé, des rubans d'emballage aux rubans médicaux. Dans tous les cas, les liaisons adhésives fortes deviennent encore plus fortes et les adhésifs normalement plus faibles augmentent également en résistance.

"Ce qui compte vraiment, c'est la forme et la taille de la coupe", a déclaré Dohgyu Hwang, ancien chercheur diplômé. "Nous n'avons pas besoin de nous fier au matériau adhésif spécifique, mais tant que les coupes sont effectuées à une taille caractéristique, définie par la physique de l'adhésif, nous avons constaté que cette adhérence était améliorée dans chaque système que nous avons essayé."

L’autre résultat intéressant de cette approche est qu’elle peut être hautement personnalisée.

« En plaçant les coupes à des endroits spécifiques, nous pouvons activer cette propagation inverse des fissures pour régler la force d'adhésion à n'importe quel emplacement du film et cela permet en outre de programmer la force d'adhésion dans deux directions simultanément dans une seule région d'un film. Nous utilisons également une approche de fabrication numérique rapide, afin de pouvoir créer rapidement des adhésifs hautement personnalisables avec une résistance réglable. Il s'agit d'une méthodologie très intéressante pour le développement de futurs adhésifs », a déclaré Bartlett.