DSC在“非開挖管道修復(fù)”專用材料開發(fā)中的應(yīng)用

郭 健

（太原市塑料研究所，山西 太原 030024）

近年來，各種管道的非開挖修復(fù)成為了各國探索和發(fā)展的新熱點。在塑料管道中，破損管道的修補工作是很重要且工作量非常大的工作之一，傳統(tǒng)的做法是：開挖鋪設(shè)、按照設(shè)計線路采用挖掘機等進行人工作業(yè)，在現(xiàn)場挖出管溝并做好墊層，管溝內(nèi)鋪放管道井完成連接與測試，然后按照規(guī)范回填覆蓋材料，最后恢復(fù)地面與環(huán)境。而“非開挖”則是在不開挖地表的條件下，采用纖維材料浸漬樹脂，利用氣壓使材料緊貼在舊管道內(nèi)壁，形成一層新的管道，形成對舊管道的保護與修復(fù)。

在歐洲以及美、日等經(jīng)濟發(fā)達國家非開挖技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。該方法采用了復(fù)合增強聚酯纖維和熱固形樹脂,利用水或氣壓翻轉(zhuǎn),固化方式為熱水或自然冷卻，是一種比較成熟的管道修復(fù)技術(shù)。DSC（差示掃描量熱法）能夠精確地表示出樹脂在固化過程中的所有關(guān)于熱的變化，具有較高的參考價值。

文章對環(huán)氧樹脂（EP）體系的固化進行了深入的探討,以確定其固化反應(yīng)涉及到的各相關(guān)參數(shù),從而得到固化度與時間的變化關(guān)系。

1 實驗部分

1.1 原料

環(huán)氧樹脂E-44、E-51，工業(yè)品，廣州維立納貿(mào)易有限公司；T31固化劑，工業(yè)品，石家莊君江科貿(mào)有限公司。

1.2 試樣制備及測試

把環(huán)氧樹脂E-44與E-51按照1∶1比例混合后，加入固化劑，攪拌，待用。其中，固化劑與樹脂的質(zhì)量比為40/100。采用美國TA公司的Q100型DSC對不同的固化放熱情況進行DSC溫度掃描。操作步驟為：

（1）加入樣品約5~8 mg于鋁坩堝中放置在DSC平臺上。

（2）將溫度升至所選擇的溫度（80~120℃）。選擇 5、10、15、20℃/min 4個不同的升溫速率測試樣品的固化放熱。

2 結(jié)果與討論

2.1 固化熱的測定

應(yīng)用DSC數(shù)據(jù)分析并確定固化過程中的動力學(xué)參數(shù)是較為常見的分析方法。反應(yīng)至某時刻t時體系的固化度α通?？梢员硎緸?/p>

式中：△H0：完全固化的樹脂體系進行完全固化時所放出的總熱量，J/g；

△HR：固化后剩余反應(yīng)熱，J/g。

對于某一個固化反應(yīng)而言，當原料的配比和固化工藝確定時，△H0恒為定值。固化反應(yīng)的總反應(yīng)熱可由動態(tài)固化反應(yīng)熱求得，因為在動態(tài)固化反應(yīng)中樣品可達到完全固化，一般取其不同升溫速率下的動態(tài)固化反應(yīng)熱的平均值作為H W。表1為環(huán)氧樹脂體系在不同升溫速率下的動態(tài)固化反應(yīng)熱。

表 1 環(huán)氧樹脂體系在不同升溫速率下的動態(tài)固化反應(yīng)熱

2.2 固化過程分析

圖1是E-44/E-51/T31體系的DSC曲線和固化度隨時間的變化曲線。由圖1可見，隨著固化反應(yīng)的進行，反應(yīng)所需時間逐漸縮短；極值出現(xiàn)在固化開始一段時間后，反應(yīng)的極大速率出現(xiàn)在固化度為30%~40%時。由表1得到HW為260.5 J/g，將DSC曲線中的縱坐標dH/dt對時間t積分，得到固化度隨時間的變化曲線圖，見圖2。由圖2可以看出：不同溫度下的轉(zhuǎn)化率隨固化時間而不同；溫度越高，起始反應(yīng)速率越快，達到指定轉(zhuǎn)化率的時間越短，在較短的時間內(nèi)即達到很高的轉(zhuǎn)化率。在相同的反應(yīng)時間內(nèi)，樹脂體系的固化度隨溫度的升高而升高。固化反應(yīng)終點的反應(yīng)固化度隨反應(yīng)溫度的升高而升高。

圖1

圖2

3 結(jié)論

采用DSC法研究了環(huán)氧樹脂體系固化過程，分析了樹脂體系固化反應(yīng)。研究表明，該反應(yīng)符合所建立的環(huán)氧樹脂體系的反應(yīng)動力學(xué)模型。

用DSC法對環(huán)氧樹脂與固化劑固化反應(yīng)的研究所得結(jié)果與其他方法是一致的。此方法具有原料用量少、速度快等優(yōu)點，對使用膠粘劑時選擇固化劑種類和固化條件有一定的參考價值。

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