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    DSC在“非開挖管道修復(fù)”專用材料開發(fā)中的應(yīng)用

    2011-04-12 08:14:36
    科學(xué)之友 2011年7期
    關(guān)鍵詞:固化劑環(huán)氧樹脂轉(zhuǎn)化率

    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(diǎn)。在塑料管道中,破損管道的修補(bǔ)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(jì)線路采用挖掘機(jī)等進(jìn)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(hù)與修復(fù)。

    在歐洲以及美、日等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)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(qiáng)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(jià)值。

    文章對環(huán)氧樹脂(EP)體系的固化進(jìn)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(shí)間的變化關(guān)系。

    1 實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(gè)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(dòng)力學(xué)參數(shù)是較為常見的分析方法。反應(yīng)至某時(shí)刻t時(shí)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(jìn)行完全固化時(shí)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(gè)固化反應(yīng)而言,當(dāng)原料的配比和固化工藝確定時(shí),△H0恒為定值。固化反應(yīng)的總反應(yīng)熱可由動(dòng)態(tài)固化反應(yīng)熱求得,因?yàn)樵趧?dòng)態(tài)固化反應(yīng)中樣品可達(dá)到完全固化,一般取其不同升溫速率下的動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shí)間的變化曲線。由圖1可見,隨著固化反應(yīng)的進(jìn)行,反應(yīng)所需時(shí)間逐漸縮短;極值出現(xiàn)在固化開始一段時(shí)間后,反應(yīng)的極大速率出現(xiàn)在固化度為30%~40%時(shí)。由表1得到HW為260.5 J/g,將DSC曲線中的縱坐標(biāo)dH/dt對時(shí)間t積分,得到固化度隨時(shí)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(shí)間而不同;溫度越高,起始反應(yīng)速率越快,達(dá)到指定轉(zhuǎn)化率的時(shí)間越短,在較短的時(shí)間內(nèi)即達(dá)到很高的轉(zhuǎn)化率。在相同的反應(yīng)時(shí)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(diǎn)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(dòng)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(diǎn),對使用膠粘劑時(shí)選擇固化劑種類和固化條件有一定的參考價(jià)值。

    [1]張秀艷,楊志忠,王春雨.樹脂膜滲透成型工藝及其應(yīng)用[J]。纖維復(fù)合材料 2004,39(2):39-40.

    [2]李燕芳,趙洪池.雙酚-S環(huán)氧樹脂與間苯二胺固化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)[J]。熱固性樹脂 2005,20(3):5-8.

    [3]非等溫DSC法研究高韌性低收縮環(huán)氧體系固化動(dòng)力學(xué)[J].高分子材料科學(xué)與工程.2009,(6).

    [4]李寶庫,鈕竹安主編.膠粘劑應(yīng)用技術(shù)[M].北京:中國商業(yè)出版社,1989.34-106.

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