环氧树脂结构胶粘剂磁热固化新方法的机理研究

The magnetism technology, nanotechnology and adhesive technology are comprehensive integrated in this project, for the urgent need of epoxy resin structure adhesive curing under the low temperature. The magnetic thermal curing method is firstly proposed to solve the scientific problem of the heat affected zone during curing reaction of epoxy resin structure adhesive, and to explore a kind of new curing method for low cost, rapid, high strength and high toughness. In this project, the magnetic energy-thermal conversion, ferrite and epoxy resin adhesive interface behavior will be researched. The magnetic thermal curing regularity of the adhesive will be revealed, and magnetic thermal curing path will be optimizated to obtain accurate reaction law and curing process parameters. This project is expected to reveal the microscopic reaction mechanism of the magnetic thermal curing method, set up the theory model, and realize the uniform curing of epoxy resin under low temperature. The research results can lay the scientific theory foundation for the development and application of the magnetic thermal curing method, and expect to break through bottlenecks in the application of low temperature structure adhesive in China. This has great significance for accelerating the process of industrialization of high performance structure adhesives. At the same time, the research results of this project may provide a new way of the military-industrial products, vehicles, ships, aircraft and other equipment damage repair, which provides a more broad industrial application prospect for the magnetic thermal curing method.

本项目面向环氧树脂结构胶粘剂低温下高效固化的迫切需求，将磁学技术、纳米技术与粘接技术综合集成，首次提出磁热固化方法，解决环氧树脂结构胶粘剂固化时热影响区的科学难题，探索一种低成本、快速、高强度、高韧性的全新固化方法。研究磁能-热能转化、传递过程与机制，分析铁氧体与环氧树脂胶粘剂的界面行为，揭示胶粘剂的磁热固化规律，优化磁热固化路径，以获得精确的反应规律和固化工艺参数。项目预期将揭示磁热固化的微观反应机理，建立磁热固化理论模型,实现环氧树脂低温下均匀固化。项目的研究成果可以为磁热固化方法的开发与应用奠定科学的理论基础，有望突破我国低温结构胶粘剂材料在应用上的瓶颈，对于加快高性能结构胶粘剂产业化的进程具有重要意义。同时，本项目研究成果也为军工产品、车辆、船舶、飞行器等装备的破损修复提供一种新思路，这为今后磁热固化方法提供了更广阔的工业应用前景。

本项目面向环氧树脂结构胶粘剂低温下高效固化的迫切需求，首次提出了磁热固化方法，解决环氧树脂结构胶粘剂固化时热影响区的科学难题，探索一种低成本、快速、高强度、高韧性的全新固化方法。项目采用多元醇法制备铁氧体纳米颗粒，研究了磁能-热能转化、传递过程与机制，分析铁氧体与环氧树脂胶粘剂的界面行为，探讨磁热固化机理，建立磁热固化理论模型, 揭示胶粘剂的磁热固化规律，优化磁热固化路径，以获得精确的反应规律和固化工艺参数，研究不同的磁场强度、磁场频率、铁氧体的界面和体积等效应对固化后体系的整体力学性能和粘接性能的影响规律，探讨胶粘剂的增韧机理，实现磁热固化工艺与产物性能的优化设计。. 采用多元醇法制备的铁氧体纳米颗粒的粒径为5~9 nm，尺寸均一，分散性较好，其饱和磁化强度大于34 emu/g，矫顽力最大值为71.22 Oe。铁氧体的磁热性能较优异，在50 kHz交变磁场中响应300 s，最终温度可达85 ℃。制得纳米铁氧体/环氧树脂复合锚固胶粘剂，胶粘剂固化5min，固化物常温下拉伸强度为72.25 MPa，冲击强度可达50.5kJ/m2，剪切强度大于28.4 Mpa，均匀扯离强度可达42 kN/m。磁热固化方法有望突破我国低温结构胶粘剂材料在应用上的瓶颈，加快高性能胶粘剂产业化的进程。磁热固化环氧树脂胶粘剂粘合物体迅速，可牢固多种不同的材料，在许多场合可逐渐取代焊接与其他机械式连接方法，极具发展前景。而且纳米铁氧体几乎可以掺入任何一种热固性胶粘剂中，这大大提高了磁热固化方法的应用范围。同时，本项目研究成果也为军工产品、车辆、船舶、飞行器等装备的破损修复提供一种新思路，这为今后磁热固化方法提供了更广阔的工业应用前景。