ハウツー：拡散制御による硬化分析のためのデータ準備
部分拡散制御によるエポキシ樹脂の硬化
はじめに
ガラス転移が熱硬化性樹脂の架橋中に起こる場合、反応は2つの領域に分けられ、それぞれ異なるメカニズムで支配される：ガラス転移のはるか上方で起こる部分は化学反応に依存し、アレニウスの関係で記述できる。ガラス転移点より下の領域では、拡散制御メカニズムが反応挙動を支配する。従って、ガラス転移点付近の反応速度は、両過程の影響を受けます。
そのため、材料挙動の変化を考慮するために、特別な拡散制御アルゴリズムによって動力学モデルを拡張する必要があります。
このハウツーでは、部分拡散制御を用いたDSC硬化のデータを作成します。これらのデータには2つの部分があります：
- 異なる加熱速度での硬化プロセスのDSC測定値
- ガラス転移温度の転化度依存性。
Kinetics Neoに含まれる実験データをロードすることから始め、次にガラス転移温度対転化度の実験依存性を作成し、この最後の依存性の理論フィットを作成します。
サンプルデータ
- データタイプDSC Curing (拡散制御による示差走査熱量測定)
- プロジェクトデータ：DSC_Diff_Control_Epoxyディレクトリ内
分析に必要な測定回数
拡散制御を伴う反応の場合、硬化メカニズムはガラス転移温度に依存する。これらの反応を分析するためには、ガラス転移が起こらないような高い加熱速度での測定が少なくとも2回必要です。さらに、測定中に試料温度がガラス転移温度付近になり、拡散制御による反応の鈍化がはっきりと確認できるような、低加熱速度および超低加熱速度の測定が少なくとも3回必要です。
したがって、拡散制御を伴うデータを解析するためには、異なる加熱速度で少なくとも5回の測定が必要である。
さらに、Tg対α依存性も知っておく必要がある。もしわかっていなければ、測定する必要がある。未硬化状態のTg、完全硬化状態のTg、部分硬化状態のTgが必要である。したがって、Tg対α依存性については、4点分の測定が追加されることになる。
プロジェクトの作成とデータのロード
1.Kinetics Neoソフトウェアを起動します。青い"File "タブをクリックしてアプリケーションメニューを開きます。
2.DSC CuringタイプのNew Projectを選択します。
3.Import Data-Samplesを選択し、ディレクトリDSC_Diff_Control_Epoxyを選択します。
4.データファイルTAH13.txtを選択し、必須サンプル質量に 1mgを設定し、Importを選択します。ここでは、データはすでにmW/mgの 相対単位で表示されているため、試料の質量は重要ではありません。
5.線形ベースラインを選択し、面積値（ここでは217J/g）を読み取り、 OKをクリックする。
6.ツリーパネルで「ソースデータ」→「新規追加 」を選択し、ファイルTAH06.txtのデータインポート（ステップ4 ）を繰り返します。
7.ファイルTAH06.txtについて 、再度線形ベースラインを選択し、217J/gの同じ面積を得るために右の縦線を移動する。OKをクリックする。
8.ツリー・パネルで「ソース・データ」→「新規追加」を選択し、TAH09.txt、TAH25.txt、TAH29.txt、TAH34.txt、TAH01.txtのファイルについてステップ6～7を 繰り返します。
ガラス転移温度表
反応の一部がガラス転移温度以下で 起こり、別の反応がガラス転移温度より 高くなると、反応メカニズムが変化する。この変化は、試料の温度がガラス転移温度を超えたときに起こります。そのため、反応中のガラス転移温度の値を知ることは非常に重要である。転化率の関数としてのガラス転移温度を入力する必要があります。
1つの実験点を得るためには、3つのセグメントを含む1つの実験測定を行う必要があります：
- 硬化反応はすでに始まっているが、まだ終了していない時点まで加熱する。
- 未硬化物のガラス転移温度よりかなり低い温度まで冷却。
- 完全に硬化した状態まで加熱。
第3区分の休息反応領域により、部分硬化物の休息転化率を求めることができる。さらに、第3セグメントでのガラス転移の評価により、部分硬化物のガラス転移を求めることができる。
の値：
- 部分硬化物の転化率
- 対応するガラス転移温度
の値は、表中のガラス転移データの1つの実験点となります。このようなポイントを少なくとも6つ使用することを推奨します。ポイントが多いほど動力学モデルの精度が高まります。
9. ツリーパネルでガラス転移データを選択し、データテーブルにポイントを追加します。
10.データ表に以下の点を追加する。
| 換算値 | 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 |
ガラス移行とコンバージョンのためのフィットを作る
ガラス転移温度のフィットを作成するには2つの可能性がある：
- 古典的な理論的diBenedettoモデル。
- 実験点によるスプライン関数。これは、ガラス転移温度対転化度の複雑な依存性を含む複雑な系に使用されます。
11.現在の実験データセットに対してDiBenedettoフィットを選択します。
結論
速度論的解析のためのデータには、いくつかのDSC測定と、さらにガラス転移の転化度依存性が含まれている。これらのデータは、速度論的モデリング、そして予測やプロセスの最適化に使用することができます。