Hoe open je een plakbandlus?

Stel je een stuk plakband voor waarvan de klevende kanten aan elkaar zijn geplakt, waardoor er een lus ontstaat. Als je probeert de lus te verwijderen door aan de twee uiteinden van de lus te trekken, gebeurt er iets verrassends.

Wanneer de grootte van het contactoppervlak tussen de klevende kanten begint af te nemen, laat de lus niet los zoals je zou verwachten. In plaats daarvan krimpt de lus als je de twee zijkanten uit elkaar trekt, tot hij een kritieke kleine omvang bereikt en dan uiteindelijk loslaat.

Dit bijzondere fenomeen bracht Twan Wilting, promovendus bij de groep Fluids and Flows van de faculteit Applied Physics van de TU/e en samenwerkend met Hanneke Gelderblom, al geruime tijd in verwarring. "Ik kwam dit effect een paar jaar geleden tegen en kon online geen verklaring vinden. Ik heb zelfs YouTubers benaderd voor een verklaring, maar dat leverde niets op."

Toen volgde Wilting in 2019 een cursus van Jacco Snoeijer (Universiteit Twente) waarin Snoeijer inging op klevende materialen en sprak over de YouTube-video's die Wilting zeer bekend voorkwamen. “Na afloop kwam Twan naar me toe en vroeg of ik samen met hem aan het probleem wilde werken,” vertelt Snoeijer. “Nou, dat wilde ik wel. Daarna ging het snel."

Experimentele uitdagingen

Het verwijderen van lussen en blaren is volgens Jacco Snoeijer niet alleen van belang voor pleisters en plakband. "Bij het werken met materialen voor dunne flexibele elektronica en zachte robotica is het belangrijk om te weten welke kracht er nodig is om blaren of lussen te verwijderen. Er bestaat namelijk een risico dat het materiaal blijvend beschadigd raakt."

Om te bestuderen hoe lussen vervormen wanneer ze worden blootgesteld aan verschillende trekkrachten en -snelheden, besloten de onderzoekers lussen in verschillende soorten plakband te onderzoeken. Daarvoor hadden ze echter eerst een betrouwbare manier nodig om rechte plakbandlussen te maken in het lab.

"In rechte lussen zijn de twee plakkende kanten van het plakband perfect uitgelijnd of parallel. Als de twee zijden niet parallel zouden zijn, zou de lus verdraaien naarmate de omvang afneemt, en wij wilden deze verdraaiing vermijden", merkt Wilting op. "Omdat we hier geen geautomatiseerde methode voor hadden, moesten we de lussen met de hand maken. Het spreekt voor zich dat daarvoor veel oefening nodig was!"

Praktisch toepasbaar model voor plakkende lussen

Nadat de experimenten waren voltooid, gebruikten de onderzoekers de waarnemingen om een nieuw model te construeren dat het krimpproces van de lus beschrijft en een indicatie geeft van de kritische lusgrootte (vóór het uiteindelijke loslaten) en de daarvoor benodigde trekkracht.

"Het model komt zeer goed overeen met de experimentele waarnemingen. Misschien kunnen we in de toekomst nog meer details aan het model toevoegen, met name over hoe de lijm in het contact zich gedraagt tijdens het lostrekken", zegt Snoeijer.

Het is één ding om lussen te verwijderen in speciaal geprepareerd plakband, maar het is een ander ding om lussen te verwijderen in de praktijk. Wilting en de onderzoekers weten dat er genoeg praktische toepassingen zijn voor hun model: "Blaren en lussen komen voor in meerlaagse coatings, flexibele elektronica, zachte robotica, zelfs tijdens de productie van grafeen (een materiaal dat bestaat uit koolstofatomen in een honingraatraster dat één koolstofatoom dik is). Dat betekent dat je moet weten wat er gebeurt tijdens vouw- en zelfhechtingsprocessen, en daar draagt ons model zeker aan bij."

Toeval en wetenschapscommunicatie

Tot slot speelt toeval een belangrijke rol in dit onderzoek. Wilting kwam bij toeval op het spoor van het bijzondere gedrag van plakbandlussen. Tijdens de cursus die Jacco Snoeijer in 2019 gaf zat Wilting toevallig naast Martin Essink, een promovendus die samenwerkt met Snoeijer en die Wilting aanmoedigde om Snoeijer te benaderen over het fenomeen. Daar kwam nog bij dat Snoeijer de vroegere promotiebegeleider was van Hanneke Gelderblom, die op haar beurt nu Wiltings begeleider is aan de TU/e. Alle vier zijn ze auteur van dit nieuwe artikel. Het leek dus onvermijdelijk dat ze samen aan dit project zouden gaan werken!

En om dit werk verder te promoten, heeft Wilting een filmpje van een minuut gemaakt voor de Veritasium Contest, een wedstrijd in wetenschapscommunicatie van het gelijknamige YouTube-kanaal.

Dus, lussen die zich vormen in plakband, flexibele elektronica en grafeenlagen kunnen maar beter oppassen. Hun langste tijd is geweest.

Volledige details artikel

“How to unloop a self-adherent sheet”, Twan Wilting, Martin Essink, Hanneke Gelderblom, and Jacco Snoeijer, European Physics Letters, (2021).