Como preparar dados para análise de cura com controle de difusão
Cura de resina epóxi com controle parcial de difusão
Introdução
Se a transição vítrea aparecer durante a reticulação de um termofixo, a reação será separada em dois domínios que são dominados por mecanismos diferentes: A parte que ocorre muito acima da transição vítrea depende da reação química e pode ser descrita pela relação de Arrhenius. Na parte abaixo da transição do vidro, os mecanismos controlados por difusão dominam o comportamento da reação. Portanto, a taxa de reação em torno da transição do vidro é influenciada por ambos os processos.
É por isso que o Modelo cinéticoModelo cinético é o termo geral que contém o esquema (estrutura) das etapas individuais de reação em uma reação química de várias etapas, tipos de reação e parâmetros cinéticos dessas etapas.modelo cinético precisa ser expandido pelos algoritmos especiais de controle de difusão para levar em conta a mudança do comportamento do material.
Neste "How To:", serão criados os dados para a cura por DSC com controle de difusão parcial. Esses dados são compostos de duas partes:
- Medições de DSC do processo de cura com diferentes taxas de aquecimento
- Dependência da temperatura de transição vítrea em relação ao Grau de conversãoO grau de conversão α na cinética química é o parâmetro sem dimensão dependente do tempo do processo cinético, como reação química ou cristalização, que mostra que parte dele já foi concluída.grau de conversão.
Começaremos carregando um dado experimental incluído no Kinetics Neo, criaremos uma dependência experimental para a temperatura de transição vítrea versus conversão e, em seguida, criaremos o ajuste teórico para essa última dependência.
Dados de amostra:
- Tipo de dados: Cura DSC (Calorimetria Exploratória Diferencial com Controle de Difusão)
- Dados do projeto: no diretório DSC_Diff_Control_Epoxy
Quantas medições são necessárias para a análise
Para a reação com controle de difusão, o mecanismo de cura depende da temperatura de transição vítrea. Para a análise dessas reações, precisamos de pelo menos duas medições com taxas de aquecimento mais altas, em que não ocorre a transição vítrea. Além disso, precisamos de pelo menos três medições com taxas de aquecimento baixas e muito baixas, em que a temperatura da amostra esteja próxima da transição vítrea durante a medição, e a desaceleração da reação devido ao controle de difusão seja claramente observada.
Portanto, precisamos de pelo menos cinco medições com taxas de aquecimento diferentes para analisar os dados com controle de difusão.
Além disso, a dependência Tg vs alfa deve ser conhecida. Se não for conhecida, ela deverá ser medida. Precisamos de Tg para o estado não curado, para o estado totalmente curado e alguns pontos para estados parcialmente curados. Portanto, essas são 4 medições adicionais para 4 pontos para a dependência Tg vs alfa.
Criar projeto e carregar dados
1. Inicie o software Kinetics Neo. Clique na guia azul "File" (Arquivo) para abrir o menu do aplicativo.
2. Selecione New Project (Novo projeto ) do tipo DSC Curing (Cura por DSC).
3. Selecione Import Data-Samples e selecione o diretório DSC_Diff_Control_Epoxy
4. Selecione o arquivo de dados TAH13.txt, defina 1 mg para a massa obrigatória da amostra e, em seguida, selecione Import (Importar). Aqui os dados já estão em unidades relativas em mW/mg e, portanto, a massa da amostra não é importante.
5. Selecione a linha de base linear, leia o valor da área (aqui é 217J/g) e clique em OK
6. No painel de árvore, selecione Source Data -> Add new e repita a importação de dados (etapa 4) para o arquivo TAH06.txt.
7. Para o arquivo TAH06.txt , selecione novamente a linha de base linear e mova a linha vertical direita para obter a mesma área de 217J/g. Clique em OK
8. No painel de árvore, selecione Dados de origem -> Adicionar novo e repita as etapas 6 a 7 para os arquivos TAH09.txt, TAH25.txt, TAH29.txt, TAH34.txt, TAH01.txt.
Criar tabela com a temperatura de transição do vidro
Se uma parte da reação ocorrer abaixo da temperatura de transição vítrea e outra parte da reação estiver acima dela, omecanismo de reação será alterado. Essa mudança ocorre quando a temperatura da amostra ultrapassa a temperatura de transição vítrea. Por isso, é muito importante conhecer o valor da temperatura de transição vítrea durante a reação. A temperatura de transição vítrea como a função da conversão deve ser registrada.
Para obter um ponto experimental, é necessário realizar uma medição experimental contendo três segmentos:
- Aquecimento até o ponto de tempo em que a reação de cura já foi iniciada, mas ainda não terminou.
- Resfriamento até a temperatura muito abaixo da temperatura de transição vítrea do material não curado.
- Aquecimento até o estado completamente curado.
A área da reação de repouso no terceiro segmento permite encontrar a conversão de repouso do material parcialmente curado. Além disso, a avaliação da transição vítrea no terceiro segmento fornece a transição vítrea para o material parcialmente curado.
Os valores de:
- a conversão do material parcialmente curado e
- a temperatura de transição vítrea correspondente
formam um ponto experimental na tabela Glass Transition Data (Dados de transição vítrea). Recomenda-se usar pelo menos 6 desses pontos. Mais pontos aumentam a precisão do modelo cinético.
9. No painel de árvore, selecione Glass transition Data (Dados de transição vítrea ) e adicione o ponto à tabela de dados.
10. Adicione os seguintes pontos à tabela de dados.
| Conversão | 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 |
Criar ajuste para transição de vidro vs. conversão
Há duas possibilidades para criar o ajuste da temperatura de transição do vidro:
- Modelo teórico clássico de diBenedetto.
- Função Spline através dos pontos experimentais. É usada para sistemas complexos que contêm uma dependência complicada da temperatura de transição vítrea em relação ao grau de conversão.
11. Selecione o ajuste de DiBenedetto para o conjunto de dados experimentais atual.
Conclusão
Os dados para análise cinética contêm várias medições de DSC e, além disso, a dependência da transição de vidro no grau de conversão. Esses dados podem ser usados para a modelagem cinética e, em seguida, para a previsão e otimização do processo.