Comment : Analyser les données isothermes de l'OIT (temps d'induction de l'oxydation) et créer des prédictions d'OIT
Introduction
Pour chaque mesure isotherme, la valeur temps-événement est importante : il s'agit du moment où le matériau a subi des changements définis.
Voici quelques exemples typiques :
- OIT (temps d'induction de l'oxydation) - le moment du début de l'oxydation pour un matériau stocké dans l'air
- rupture de l'échantillon sous contrainte mécanique, comme dans les essais DMA isothermes
- la partie initiale de la dégradation thermique des emballages avec une perte de masse d'environ 5 à 10 %.
Pour chaque mesure, la paire de valeurs est prise en compte pour l'analyse :
- température
- le temps écoulé jusqu'à l'événement.
L'analyse montre le log graphique de la durée de l'événement en fonction de l'inverse de la température sous la forme d'une ligne droite. L'énergie d'activation et la pré-exponentielle sont déterminées à partir de la pente et de l'intersection de cette ligne.
Avantage de cette méthode :
- Aucune mesure complète n'est nécessaire, il suffit de mesurer le temps écoulé avant l'événement.
Inconvénients de cette méthode :
- seulement pour les réactions à une étape, pour les réactions complexes les points ne sont pas sur la ligne droite
- seulement pour l'ensemble de plusieurs mesures isothermes
- un seul point est évalué, toutes les autres informations sont perdues.
Source de la méthode : ASTM 2070, méthode D.
Créer un projet Kinetics Neo pour l'analyse isotherme de l'OIT
Créer un nouveau projet de type DSC. Pour d'autres événements tels que TGA ou DMA, un autre type de projet peut être créé.
1. Démarrez le logiciel Kinetics Neo. Cliquez sur l'onglet bleu"File" pour ouvrir le menu de l'application.
2. Dans le menu d'application bleu, sélectionnez Nouveau et cliquez sur"DSC".
3. IMPORTANT - Revenez en arrière pour saisir les données manuellement. Cliquez sur le bouton"Retour" en haut à gauche.
4.ajoutez le premier point de données : la température isotherme et le temps OIT correspondant.
Dans l'arbre de gauche, sélectionnez Projet --> Analyse --> Sans modèle --> Arrhenius isotherme et appuyez sur Ajouter un point dans le panneau Propriétés :
5. Température de type 230°C et durée 16.4 min.
6. En utilisant le point d'addition, ajoutez trois valeurs supplémentaires de temps de passage à l'événement pour les températures :
- 220°C - 35 min
- 240°C - 8,2 min
- 250°C - 4,1 min
Cliquez sur l'en-tête de la colonne Temp pour réduire le tableau par ordre croissant des valeurs de température.
Cliquez sur Afficher le graphique:
7.cliquez sur le bouton Analyse pour calculer le diagramme d'Arrhenius et les paramètres cinétiques :
L'énergie d'activation est calculée à partir de la pente du graphique d'Arrhenius, et le facteur pré-exponentiel est calculé dans l'hypothèse d'une réaction de premier ordre et d'une conversion de 5 % au point OIT.
8. Ces paramètres cinétiques appartiennent à la catégorie Modèle isotherme d'Arrhenius et peuvent être utilisés pour toute prédiction.
Sélectionnez Isotherme dans la section Simulation - Prédictions du panneau Projet. Sélectionnez ensuite Time comme axe X et Conversion comme axe Y.
Vérifiez que le modèle d 'Arrhenius isotherme est sélectionné dans la liste Méthode / Modèle et cliquez sur Calculer:
Modifiez les paramètres de la prédiction isotherme comme indiqué ci-dessous :
- Température minimale : 220 °C
- Température maximale : 250 °C
- Pas de température : 10 °C
- Durée : 50 min.
Cliquez sur Calculate.
Faites glisser le bord supérieur de la barre de défilement du graphique vertical vers le bas pour régler la valeur maximale de Y à environ 0,05.
Ici, la Conversion est sélectionné puis zoomé de 0 à 5%. Nous voyons que les prédictions isothermes pour 220°C, 230°C, 240°C et 250°C par la méthode d'Arrhenius isotherme montrent 5% de conversion de 4,8 à 35 minutes.
Prédiction de la durée de vie isotherme : Prédiction du temps d'induction de l'oxydation (OIT)
1. Nous utiliserons l'exemple de projet Kinetics Neo OIT_Data.kinx2.
Cliquez sur File sur le ruban principal et ensuite sur Open. Sélectionnez Samples dans le panneau de droite.
Allez dans le dossier DSC_OIT et ouvrez le fichier OIT_Data.kinx2.
Dans le panneau gauche du projet, sélectionnez Isothermal Arrhenius dans la section Model Free pour afficher les données expérimentales de l'OIT.
Il s'agit de quatre expériences à des températures de 230°C, 230°C, 240°C et 250°C avec le temps d'induction de l'oxydation (OIT) mesuré pour chacune de ces températures. Cliquez sur Analyse pour voir le diagramme d'Arrhenius pour ces données.
Ce modèle d'Arrhenius isotherme peut être utilisé pour l'analyse de la durée de vie isothermedurée de vie isothermeisotherme afin de prédire le délai avant l'événement (OIT) pour d' autres températures.
Dans l'arbre de gauche, sélectionnez Simulation → Prédiction → Durée de vie isotherme. Ensuite, dans le menu déroulant du modèle, sélectionnez Isothermal Arrhenius, réglez
- La température minimale à 220°C,
- Température maximale à 250°C,
appuyez sur Calculer.
Nous voyons maintenant le même diagramme d'Arrhenius qu'à l'étape 1. Mais ici, chaque point est simulé.
Si nous voulons trouver le temps d'OIT à 200°C, nous devons définir la température minimale = 200°C, et le temps qui est suffisamment long pour atteindre l'OIT à une température plus basse.
Cliquez sur Calculer:
Le dernier point indique la durée de l'OIT pour une mesure isotherme à 200°C. Cela signifie que l 'OIT pour 200°C est de presque 3 heures.
Pour voir les valeurs temporelles prédites, cliquez sur le bouton Exporter les données dans la barre d'outils.