DSC在“非開挖管道修復”專用材料開發中的應用

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成為了各國探索和發展的新熱點。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，傳統的做法是：開挖鋪設、按照設計線路采用挖掘機等進行人工作業，在現場挖出管溝并做好墊層，管溝內鋪放管道井完成連接與測試，然后按照規范回填覆蓋材料，最后恢復地面與環境。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壁，形成一層新的管道，形成對舊管道的保護與修復。

在歐洲以及美、日等經濟發達國家非開挖技術得到廣泛應用。該方法采用了復合增強聚酯纖維和熱固形樹脂,利用水或氣壓翻轉,固化方式為熱水或自然冷卻，是一種比較成熟的管道修復技術。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于熱的變化，具有較高的參考價值。

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

1 實驗部分

1.1 原料

環氧樹脂E-44、E-51，工業品，廣州維立納貿易有限公司；T31固化劑，工業品，石家莊君江科貿有限公司。

1.2 試樣制備及測試

把環氧樹脂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 結果與討論

2.1 固化熱的測定

應用DSC數據分析并確定固化過程中的動力學參數是較為常見的分析方法。反應至某時刻t時體系的固化度α通常可以表示為

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：固化后剩余反應熱，J/g。

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

表 1 環氧樹脂體系在不同升溫速率下的動態固化反應熱

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，隨著固化反應的進行，反應所需時間逐漸縮短；極值出現在固化開始一段時間后，反應的極大速率出現在固化度為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：不同溫度下的轉化率隨固化時間而不同；溫度越高，起始反應速率越快，達到指定轉化率的時間越短，在較短的時間內即達到很高的轉化率。在相同的反應時間內，樹脂體系的固化度隨溫度的升高而升高。固化反應終點的反應固化度隨反應溫度的升高而升高。

圖1

圖2

3 結論

采用DSC法研究了環氧樹脂體系固化過程，分析了樹脂體系固化反應。研究表明，該反應符合所建立的環氧樹脂體系的反應動力學模型。

用DSC法對環氧樹脂與固化劑固化反應的研究所得結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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