Comment : Préparer les données pour l'analyse du durcissement avec le contrôle de la diffusion
Durcissement de la résine époxy avec contrôle partiel de la diffusion
Introduction
Si la transition vitreuse apparaît lors de la réticulation d'un thermodurcissable, la réaction est séparée en deux domaines dominés par des mécanismes différents : La partie se déroulant bien au-dessus de la transition vitreuse dépend de la réaction chimique et peut être décrite par la relation d'Arrhenius. Dans la partie située en dessous de la transition du verre, les mécanismes contrôlés par la diffusion dominent le comportement de la réaction. Par conséquent, la vitesse de réaction autour de la transition du verre est influencée par les deux processus.
C'est pourquoi le Modèle cinétiqueLe modèle cinétique est un terme général contenant le schéma (structure) des différentes étapes de réaction dans une réaction chimique à plusieurs étapes, les types de réaction et les paramètres cinétiques de ces étapes.modèle cinétique doit être complété par des algorithmes spéciaux de contrôle de la diffusion afin de prendre en compte le changement de comportement du matériau.
Dans ce "mode d'emploi", les données relatives à la polymérisation DSC avec contrôle partiel de la diffusion seront créées. Ces données contiennent deux parties :
- Mesures DSC du processus de durcissement avec différentes vitesses de chauffage
- Dépendance de la température de transition vitreuse par rapport au Degré de conversionLe degré de conversion α en cinétique chimique est le paramètre sans dimension dépendant du temps d'un processus cinétique tel qu'une réaction chimique ou une cristallisation, indiquant quelle partie du processus est déjà terminée.degré de conversion.
Nous commencerons par charger des données expérimentales incluses dans Kinetics Neo, puis nous créerons une dépendance expérimentale pour la température de transition vitreuse en fonction de la conversion, et enfin nous créerons l'ajustement théorique pour cette dernière dépendance.
Exemple de données :
- Type de données : DSC Curing (Calorimétrie différentielle à balayage avec contrôle de la diffusion)
- Données du projet : dans le répertoire DSC_Diff_Control_Epoxy
Combien de mesures sont nécessaires pour l'analyse ?
Pour les réactions avec contrôle de la diffusion, le mécanisme de durcissement dépend de la température de transition vitreuse. Pour l'analyse de ces réactions, nous avons besoin d'au moins deux mesures avec des vitesses de chauffage plus élevées, où il n'y a pas de transition vitreuse. En outre, nous avons besoin d'au moins trois mesures avec des vitesses de chauffage faibles et très faibles, où la température de l'échantillon est proche de la transition vitreuse pendant la mesure, et où le ralentissement de la réaction en raison du contrôle de la diffusion est clairement visible.
Nous avons donc besoin d'au moins 5 mesures avec des vitesses de chauffage différentes afin d'analyser les données avec le contrôle de la diffusion.
En outre, la dépendance entre Tg et alpha doit être connue. Si elle n'est pas connue, elle doit être mesurée. Nous avons besoin de la Tg pour l'état non polymérisé, pour l'état totalement polymérisé et de quelques points pour les états partiellement polymérisés. Il s'agit donc de 4 mesures supplémentaires pour 4 points pour la dépendance Tg vs alpha.
Créer un projet et charger des données
1. Démarrer le Kinetics Neo logiciel. Cliquez sur l'onglet bleu "Fichier" pour ouvrir le menu de l'application.
2. Sélectionnez Nouveau projet de type DSC Curing.
3. Sélectionnez Import Data-Samples et sélectionnez le répertoire DSC_Diff_Control_Epoxy
4. Sélectionnez le fichier de données TAH13.txt, fixez la masse obligatoire de l'échantillon à 1 mg, puis sélectionnez Importer. Ici, les données sont déjà en unités relatives en mW/mg et la masse de l'échantillon n'est donc pas importante.
5. Sélectionnez la ligne de base linéaire, lisez la valeur de la zone (ici 217J/g) et cliquez sur OK
6. Dans le panneau de l'arbre, sélectionnez Source Data -> Add new et répétez l'importation de données (étape 4) pour le fichier TAH06.txt.
7. Pour le fichier TAH06.txt , sélectionnez à nouveau la ligne de base linéaire et déplacez la ligne verticale vers la droite afin d'obtenir la même surface de 217J/g. Cliquez sur OK
8. Dans le panneau de l'arbre, sélectionnez Source Data -> Add new et répétez les étapes 6-7 pour les fichiers TAH09.txt, TAH25.txt, TAH29.txt, TAH34.txt, TAH01.txt.
Créer un tableau avec la température de transition du verre
Si une partie de la réaction a lieu en dessous de la température de transition vitreuse et qu'une autre partie de la réaction se situe au-dessus , lemécanisme de réaction est modifié. Ce changement se produit lorsque la température de l'échantillon franchit la température de transition vitreuse. C'est pourquoi il est très important de connaître la valeur de la température de transition vitreuse pendant la réaction. La température de transition vitreuse en fonction de la conversion doit être saisie.
Pour obtenir un point expérimental, il est nécessaire d'effectuer une mesure expérimentale comprenant trois segments :
- Chauffage jusqu'au moment où la réaction de durcissement a déjà commencé, mais n'est pas encore terminée.
- Refroidissement jusqu'à une température très inférieure à la température de transition vitreuse du matériau non durci.
- Chauffage jusqu'à l'état de durcissement complet.
La zone de la réaction de repos dans le troisième segment permet de déterminer la conversion de repos du matériau partiellement durci. En outre, l'évaluation de la transition vitreuse dans le troisième segment donne la transition vitreuse du matériau partiellement durci.
Les valeurs de :
- la conversion du matériau partiellement durci et
- la température de transition vitreuse correspondante
constituent un point expérimental dans le tableau Données de transition vitreuse. Il est recommandé d'utiliser au moins 6 points de ce type. Un plus grand nombre de points augmente la précision du modèle cinétique.
9. Dans le panneau d'arborescence, sélectionnez Glass transition Data et ajoutez le point au tableau de données.
10. Ajoutez les points suivants au tableau de données.
| Conversion | Tg /°C |
|---|---|
| 0.000 | 25.0 |
| 0.250 | 53.0 |
| 0.310 | 58.0 |
| 0.380 | 65.0 |
| 0.460 | 78.0 |
| 0.600 | 98.0 |
| 0.690 | 116.0 |
| 0.760 | 128.0 |
| 0.830 | 140.0 |
| 1.000 | 165.0 |
Créer une adéquation entre la transition vers le verre et la conversion
Il existe deux possibilités pour créer l'ajustement de la température de transition vitreuse :
- Modèle théorique classique de diBenedetto.
- Fonction spline à travers les points expérimentaux. Elle est utilisée pour les systèmes complexes contenant une dépendance compliquée de la température de transition vitreuse en fonction du degré de conversion.
11. Sélectionnez l'ajustement DiBenedetto pour l'ensemble des données expérimentales actuelles.
Conclusion
Les données pour l'analyse cinétique contiennent plusieurs mesures DSC et, en outre, la dépendance de la transition vitreuse par rapport au degré de conversion. Ces données peuvent être utilisées pour la modélisation cinétique et ensuite pour la prédiction et l'optimisation du processus.