做座超支化环氧双酚A环氧树脂杂化材料研究

超支化环氧/双酚A环氧树脂杂化材料研究

摘要：以超支化环氧树脂HTDE-2改性HTDE-2/双酚A型环氧树脂杂化材料的粘接性能和胶膜性能，探讨了HTDE-2的含量对杂化材料的剪切强度、剥离强度、铅笔硬度和耐磨性的影响。研究表明，随着超支化环氧树脂含量的增加，杂化材料的剪切强度、剥离强度、铅笔硬度和耐磨性先增加后下降，在HTDE-2用量为4％左右时具有最大值，综合性能最好。

高度支化结构和多官能基团的超支化聚合物（Hyperbranchedpolymer，HBP）具有传统线性聚合物所没有“复合材料在减少温室气体排放和减少对化石燃料的依赖方面发挥侧重要作用的低黏度、高流变性、容易成膜、不易结晶等一系列独特的物理化学特性[1，2]，是高分子科学界研究的一个新的热点[3]。含大量环氧端基的HBP（也称超支化环氧树脂）还具有优异的力学性能、电性能、粘接性能和低黏度等特性，可望在电子材料、LED灌封材料、风力发电机的浸渍绝缘材料[4，5]等领域得到广泛应用。利用端羟基HBP或超支化环氧树脂对双酚A型环氧树脂增韧改性与其他改性方法的效果进行对比发现[6]，HBP增韧环氧树脂的综合性能最好。张道洪合成的新型超支化环氧树脂[7~9]不但能使双酚A型环氧树脂的冲击强度提高2倍以上，而且弯曲强度和拉伸强度也提高了20％以上。为扩展超支化环氧树脂在粘接领域的应用，本文研究了超支化环氧树脂对双酚A型环氧树脂耐磨性、剪切强度、剥离强度等性能参数的影响。

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超支化环氧树脂HTDE-2，苏州海博特树脂科技有限公司；二乙烯三胺（DETA）、丙烯腈（AN），上海化学试剂公司；环氧树脂E51，广州市东风化工实业有限公司。

1 实验部分

1.1实验原料和仪器

QMX型涂层耐磨性实验机，天津市材料实验机厂；QFZ-Ⅱ型漆膜附着力测试仪，天津市材料实验仪器厂；QHQ-A型涂膜铅笔划痕硬度仪，NLW-20型胶粘剂拉伸剪切实验机，济南南兰光机电技术有限公司；WSM万能材料试验机，长春市智能仪器设备有限公司。

1.2环氧杂化材料固化物的性能及表征

杂化材料经固化后，耐磨性测定按GB/T1768—2007漆膜耐磨性测定法，以摩擦一定转数后漆膜的失重来衡量耐磨性；附着力测定按GB/T1720—1979以圆滚线划痕范围内的漆膜完好程度评定，以等级表示；表面硬度测定按GB/T6739—2006硬度铅笔测定法测定。

1.3实验步骤

利用等摩尔的DETA和AN反应制备固化剂DETA-AN，混合环氧树脂E51、超支化环氧树脂和理论用量的固化剂，在充分搅拌均匀后，放置于真空玻璃瓶中抽真空脱除气泡，得到树脂混合物，再按照相应的测试方法粘接后，室温固化4h，然后在80℃左右后固化2h，取出样品冷却，室温放置12h以上测试其性能。

2 结果与讨论

2.1超支化环氧树脂的含量对杂化材料胶膜性能的影响

超支化环氧树脂HTDE-2的用量对超支化环氧树脂/E51杂化材料的耐磨性、附着力和铅笔硬度的影响见表1。

从表1可以看出，在双酚A型环氧树脂中添加HTDE-2，杂化材料固化物失重都有明显的降低，表明耐磨性有大幅度的提高。在HTDE-2质量分数为4％时，材料的耐磨性最好。耐磨性的变化是受固化材料力学性能的影响（拉伸强度和弯曲强度），力学性能越高，分子链间的作用力越大，耐磨性越好。而研究表明[8,9]，HTDE-2/E51杂化树脂体系的力学强度随超支化环氧树脂HTDE-2用量的增加，先增加后降低，在HTDE-2质量分数为8％左右，力学强度具有最大值，耐磨性的变化规律与力学性能的变化规律相似。

2.2超支化环氧树脂的含量对杂化材料剪切强度的影响

材料的剪切强度受基材钢片的表面光洁度和平整度的影响较大，本实验先后用100号、600号砂纸打磨钢片后，用无水乙醇处理，然后测试7个样条，分别探讨超支化环氧树脂的含量对杂化材料剪切强度的最大值、最小值和平均值的影响，见图1。

从图1可以看出，随超支化环氧树脂含量的增加，剪切强度（包括最大、平均和最小剪切强度）先增加后减小，在质量分数为4％附近具有最大值。剪切强度的变化趋势是由于HT肯定了冲击实验机的准确性DE-2/E51杂化材料的力学强度的变化所致，力学强度越高，分子间作用力越大，剪切强度也越高。随超支化环氧树脂含量的增加，HTDE-2/E51杂化材料的力学强度先增加后降低的规律[8,9]也与剪切强度的变化规律一致。

2.3超支化环氧树脂的含量对杂化材料剥离强度的影响

T型剥离强度的测试采用挠性材料-挠性材料的标准进行测试，本实验选用的挠性材料为帆布，用之前将帆布的油脂、施胶剂等杂质清洗干净并烘干，然后将配好的环氧胶涂覆在2个帆布样条表面，再将2样条对向搭接，室温固化4h，80℃左右后固化2h，冷却放置24h，测试其性能。

测试发现，所有测试样品的破坏类型均为被粘物破坏，对测试的最大、最小和平均剥离强度数值进行分析，其结果见图2。

从图2可以看出，在超支化环氧树脂用量为4％时，杂化材料最大、最小和平均剥离强度都比纯双酚A型环氧树脂的对应值高一些。随着超支化环氧树脂用量的继续增加，剥离强度显著下降，这是由于破坏类型为被粘物破坏，树脂的粘接强度已经远远大于基材帆布的强度，测试的帆布破裂，受力面积减小，应力集中使T型剥离强度降低。

3 结论

（1）HTDE-2能显著提高HTDE-2/E51杂化体系的耐磨性和铅笔硬度，并且附着力仍能保持最高等级。随着超支化环氧树脂含量的增加，耐磨性和铅笔硬度先增加后降低，质量分数为4％时，耐磨性和铅笔硬度具有最大值。

（2）HTDE-2能显著提高H今年TDE-2/E51杂化体系的剪切强度和剥离强度，并且随其含量的增加，剪切强度和剥离强度先增加后降低，质量分数为4％时，二者具有最大值。(end)