DSC在“非开挖管道修复”专用材料开发中的应用

2011-04-12郭健

科学之友 2011年7期

郭健

（太原市塑料研究所，山西太原 030024）

近年来，各种管道的非开挖修复成为了各国探索和发展的新热点。在塑料管道中，破损管道的修补工作是很重要且工作量非常大的工作之一，传统的做法是：开挖铺设、按照设计线路采用挖掘机等进行人工作业，在现场挖出管沟并做好垫层，管沟内铺放管道井完成连接与测试，然后按照规范回填覆盖材料，最后恢复地面与环境。而“非开挖”则是在不开挖地表的条件下，采用纤维材料浸渍树脂，利用气压使材料紧贴在旧管道内壁，形成一层新的管道，形成对旧管道的保护与修复。

在欧洲以及美、日等经济发达国家非开挖技术得到广泛应用。该方法采用了复合增强聚酯纤维和热固形树脂,利用水或气压翻转,固化方式为热水或自然冷却，是一种比较成熟的管道修复技术。DSC（差示扫描量热法）能够精确地表示出树脂在固化过程中的所有关于热的变化，具有较高的参考价值。

文章对环氧树脂（EP）体系的固化进行了深入的探讨,以确定其固化反应涉及到的各相关参数,从而得到固化度与时间的变化关系。

1 实验部分

1.1 原料

环氧树脂E-44、E-51，工业品，广州维立纳贸易有限公司；T31固化剂，工业品，石家庄君江科贸有限公司。

1.2 试样制备及测试

把环氧树脂E-44与E-51按照1∶1比例混合后，加入固化剂，搅拌，待用。其中，固化剂与树脂的质量比为40/100。采用美国TA公司的Q100型DSC对不同的固化放热情况进行DSC温度扫描。操作步骤为：

（1）加入样品约5~8 mg于铝坩埚中放置在DSC平台上。

（2）将温度升至所选择的温度（80~120℃）。选择 5、10、15、20℃/min 4个不同的升温速率测试样品的固化放热。

2 结果与讨论

2.1 固化热的测定

应用DSC数据分析并确定固化过程中的动力学参数是较为常见的分析方法。反应至某时刻t时体系的固化度α通常可以表示为

式中：△H0：完全固化的树脂体系进行完全固化时所放出的总热量，J/g；

△HR：固化后剩余反应热，J/g。

对于某一个固化反应而言，当原料的配比和固化工艺确定时，△H0恒为定值。固化反应的总反应热可由动态固化反应热求得，因为在动态固化反应中样品可达到完全固化，一般取其不同升温速率下的动态固化反应热的平均值作为H W。表1为环氧树脂体系在不同升温速率下的动态固化反应热。

表 1 环氧树脂体系在不同升温速率下的动态固化反应热

2.2 固化过程分析

图1是E-44/E-51/T31体系的DSC曲线和固化度随时间的变化曲线。由图1可见，随着固化反应的进行，反应所需时间逐渐缩短；极值出现在固化开始一段时间后，反应的极大速率出现在固化度为30%~40%时。由表1得到HW为260.5 J/g，将DSC曲线中的纵坐标dH/dt对时间t积分，得到固化度随时间的变化曲线图，见图2。由图2可以看出：不同温度下的转化率随固化时间而不同；温度越高，起始反应速率越快，达到指定转化率的时间越短，在较短的时间内即达到很高的转化率。在相同的反应时间内，树脂体系的固化度随温度的升高而升高。固化反应终点的反应固化度随反应温度的升高而升高。