DSC在“非开挖管道修复”专用材料开发中的应用

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。

图1

图2

3 结论

采用DSC法研究了环氧树脂体系固化过程，分析了树脂体系固化反应。研究表明，该反应符合所建立的环氧树脂体系的反应动力学模型。

用DSC法对环氧树脂与固化剂固化反应的研究所得结果与其他方法是一致的。此方法具有原料用量少、速度快等优点，对使用胶粘剂时选择固化剂种类和固化条件有一定的参考价值。

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