Hinzufügen der Enthalpieabhängigkeit vom Konzentrationsverhältnis bei Zweikomponentenreaktionen
Aushärtekinetik bei unterschiedlichen Epoxid/Amin-Verhältnissen
DSC-Zweikomponenten-Härtungssystem
Dieses Handbuch ist der zweite Teil einer Reihe von Benutzerhandbüchern über DSC-Zweikomponenten-Fixiersysteme:
Teil 2. Hinzufügen der Enthalpie-Abhängigkeit vom Konzentrationsverhältnis (Zweikomponenten-Reaktion in Abhängigkeit von den Konzentrationen der Komponenten) - dieses Handbuch.
Einführung
Die Geschwindigkeit der Zweikomponentenreaktion A + B → C hängt nicht nur von der Temperatur ab, sondern auch von den Konzentrationen der reagierenden Verbindungen A und B. Eine Änderung des anfänglichen Konzentrationsverhältnisses führt zu einer Änderung der Reaktionsgeschwindigkeit und der Reaktionsenthalpie.
In diesem Leitfaden wird die Abhängigkeit der Enthalpie vom Konzentrationsverhältnis zum allgemeinen kinetischen Modell hinzugefügt, das sowohl von der Temperatur als auch von den Konzentrationen abhängig ist.
Laden Sie das Beispieldatenprojekt
Start Kinetics Neo. Klicken Sie im Menü auf der linken Seite auf Öffnen und wählen Sie dann Proben.
Wählen Sie das Verzeichnis DSC_Epoxy+Amin_Concentrations und die Datei mit den Daten DSC_Epoxy+Amine_Concentrations_Analysis.kinx2
Im Projekt-Panel finden Sie Analysis, Abschnitt Model Based, wählen Sie das Modell All Measurements.
Es handelt sich um ein Kinetisches ModellKinetisches Modell ist ein allgemeiner Begriff, der das Schema (die Struktur) der einzelnen Reaktionsschritte einer mehrstufigen chemischen Reaktion, die Reaktionstypen und die kinetischen Parameter dieser Schritte enthält.kinetisches Modell für ein Epoxid/Amin-System, das sowohl von der Temperatur als auch vom Epoxid/Amin-Verhältnis abhängt.
Das Modell berechnet den Grad der UmwandlungDer Umwandlungsgrad α in der chemischen Kinetik ist der dimensionslose, zeitabhängige Parameter eines kinetischen Prozesses wie einer chemischen Reaktion oder einer Kristallisation, der angibt, welcher Teil des Prozesses bereits abgeschlossen ist.Grad der Umwandlung anhand der Peakfläche für gegebene Konzentrationen und bedeutet immer eine 100%ige Umwandlung am Ende des Peaks. Wählen Sie Umwandlung in der Multifunktionsleiste, um die Umwandlung für alle 12 Kurven zu sehen.
Maximale Enthalpie für alle Messungen festlegen
Zeigen Sie jede Messung in den Quelldaten an und finden Sie die Messung, die die maximale Enthalpie hat. Im aktuellen Projekt ist das die Messung 1_1_5K.txt
Hier der Bereich -546,669 J/g.
Für die letzte Messung schalten Sie die Möglichkeit ein, den Peak-Bereich zu bearbeiten und stellen den Wert -550 ein:
Machen Sie dasselbe für alle Messungen in den Quelldaten.
Wählen Sie alle Quelldaten aus und sehen Sie die Umrechnung. Jetzt werden alle Umrechnungen in Bezug auf den Maximalwert 550J/g berechnet.
Es zeigt sich, dass eine zweimalige Verringerung der Konzentration für Epoxid nicht dieselbe Enthalpie liefert wie eine zweimalige Verringerung der Konzentration für Amin.
Wählen Sie das Modell Alle Messungen, dann scrollen Sie im Eigenschaften-Panel nach unten zu Bereich, aktivieren Sie Bereich anzeigen. Alle experimentellen Werte in der Tabelle sind unterschiedlich:
Geben Sie -550 für AutoFill ein und klicken Sie auf Set. Nun werden alle Werte in der Tabelle mit dem Wert -550J/g gefüllt. Minimum und Maximum werden dementsprechend neu berechnet und auch für alle Kurven gleich:
Parameter für Enthalpie verwenden
Suchen Sie in der Eigenschaftsleiste den Abschnitt Parameter und aktivieren Sie Bereich anzeigen.
Für den Parameter kEnthalpy stellen Sie die Werte ein:
- 1
- 0
- 20
... (wie in der Abbildung) und klicken Sie auf Neuberechnen:
Wenn kEnthalpy=0 ist, wird er nicht verwendet.
Stellen Sie für den Parameter kEnthalpy den Wert 0,2 ein und klicken Sie auf Neu berechnen. Jetzt sind die endgültigen Werte der simulierten Kurven viel näher an den experimentellen Werten.
Um die Berechnung zu beschleunigen, können Sie nur die 6 Kurven mit Heizraten von 2,5 und 10K/min im Projektfenster, Abschnitt Quelldaten, beibehalten:
Wählen Sie im Projektfensterdas Modell Alle Messungen.
Wählen Sie im Eigenschaften-PanelOptimize Fit To Conversion, blättern Sie dann nach unten zu Model Operation und klicken Sie auf Optimize. Es dauert eine Weile, weil die Anzahl der Parameter zu hoch ist.
Wählen Sie im Bereich Eigenschaften die Option Anpassung an Signal optimieren, blättern Sie dann nach unten zu Modellbetrieb und klicken Sie erneut auf Optimieren.
Das Ergebnis zeigt eine gute Übereinstimmung zwischen den simulierten und 6 experimentellen Kurven.
Alternativ können Sie dasselbe für alle Quelldaten tun: und erhalten das Ergebnis für alle 12 Kurven:
Die vertikale Achse hat den Wert von 0 bis 1 und bedeutet den Faktor der aktuellen Enthalpie in Bezug auf die maximale Reaktionsenthalpie bei dem optimalen Konzentrationsverhältnis.
Der Parameterwert kEnthalpie für das Massenverhältnis unterscheidet sich von der kEnthalpie für das Molverhältnis.
Vorhersage für gegebenes Konzentrationsverhältnis
In der Multifunktionsleiste wählen Sie Zeit für die x-Achse, in der Projekttafel wählen Sie Simulation - Vorhersage - Mehrere Schritte, dann geben Sie das Temperaturprogramm für die Vorhersage ein und stellen die Konzentrationen1:1 ein und klicken auf Berechnen. Die gestrichelte Temperaturkurve kann durch Anklicken des Kontrollkästchens Termperatur im Fenster Eigenschaften angezeigt werden:
Bei Konzentrationenvon 1:10 beträgt die Endenthalpie etwa 0,4 der maximalen Enthalpie:
Bei Konzentrationenvon 10:1 beträgt die Endenthalpie nur etwa 0,12 der maximalen Enthalpie:
