如何：为使用扩散控制进行固化分析准备数据
部分扩散控制环氧树脂固化
导言
如果玻璃化转变出现在热固性塑料的交联过程中，那么反应就会被分成两个由不同机理主导的区域：发生在玻璃蜕变上方的部分取决于化学反应，可以用阿伦尼乌斯关系来描述。在玻璃跃迁以下的部分，扩散控制机制主导着反应行为。因此，玻璃跃迁附近的反应速率受到这两个过程的影响。
这就是为什么必须通过特殊的扩散控制算法来扩展动力学模型，以便将材料行为的变化考虑在内。
在本 "操作方法 "中，将创建部分扩散控制的 DSC 固化数据。这些数据包括两部分
- 不同加热速率下固化过程的 DSC 测量值
- 玻璃化转变温度与转化率的关系。
我们将首先加载Kinetics Neo 中的实验数据，然后创建玻璃化转变温度与转化率的实验依赖关系，最后创建该依赖关系的理论拟合。
样本数据：
- 数据类型：DSC 固化（带扩散控制的差示扫描量热法）
- 项目数据：在DSC_Diff_Control_Epoxy目录中
分析需要多少次测量
对于扩散控制反应，固化机制取决于玻璃化转变温度。为了分析这些反应，我们至少需要两次加热速率较高的测量，在这种情况下不会发生玻璃化转变。此外，我们还需要至少三次低加热速率和极低加热速率的测量，在这些测量中，样品温度接近玻璃化转变温度，并且可以清楚地看到由于扩散控制而导致的反应减慢。
因此，我们至少需要5 次不同加热速率的测量，以便分析扩散控制的数据。
此外，还应该知道 Tg 与 alpha 的关系。如果不知道，则应进行测量。我们需要未固化状态的 Tg、完全固化状态的 Tg 以及部分固化状态的几个点。因此，我们需要额外测量 4 个点的 Tg 与 α 的关系。
创建项目和加载数据
1.启动 Kinetics Neo软件。点击蓝色的"文件 "标签，打开应用程序菜单。
2.选择DSC 固化类型的新建项目。
3.选择导入数据样本，然后选择目录DSC_Diff_Control_Epoxy
4.选择数据文件TAH13.txt，将必须的样品质量 设置为1 毫克，然后选择导入。这里的数据已经以mW/mg 为相对单位，因此样品质量并不重要。
5.选择线性基线，读取区域值（此处为217J/g），然后点击 确定
6.在树形面板中选择源数据 -> 添加新数据 ，然后重复数据导入（步骤4） ，导入TAH06.txt 文件。
7.对于文件TAH06.txt ，再次选择线性基线并向右移动垂直线，以获得相同的217J/g 面积。点击确定
8.在树状面板中选择源数据 -> 添加新数据，然后对TAH09.txt、TAH25.txt、TAH29.txt、TAH34.txt 和 TAH01.txt 文件重复步骤6-7 。
创建玻璃转化温度表
如果一部分反应发生在玻璃化温度以下 ，而另一部分反应发生在玻璃化温度以上 ，那么反应机理就会发生变化。当样品温度超过玻璃化转变温度时，反应机理就会发生变化。因此，了解反应过程中的玻璃化温度值非常重要。必须输入玻璃转化温度与转化率的函数关系。
为了得到一个实验点，必须进行一次包含三个部分的实验测量：
- 加热至固化反应已经开始但尚未结束的时间点。
- 冷却至温度远低于未固化材料的玻璃转化温度。
- 加热至完全固化状态。
通过第三段中的剩余反应区域，可以找到部分固化材料的剩余转化率。此外，通过对第三段的玻璃化转变进行评估，可以得出部分固化材料的玻璃化转变。
值：
- 部分固化材料的转化率和
- 相应的玻璃化温度
构成玻璃转化数据表中的一个实验点。建议至少使用6 个这样的点。更多的点可以提高动力学模型的精确度。
9. 在树状面板中选择玻璃转化数据并将点添加到数据表中。
10.在数据表中添加以下要点。
| 转换 | 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 |
创建适合玻璃过渡与转换的系统
有两种方法可以拟合玻璃转化温度：
- 经典的 diBenedetto 理论模型。
- 通过实验点的样条函数。它适用于玻璃转化温度与转化率之间存在复杂关系的复杂系统。
11.选择DiBenedetto拟合当前实验数据集。
结论
动力学分析数据包括若干 DSC 测量值以及玻璃转化率与转化程度的关系。这些数据可用于动力学建模，然后进行预测和工艺优化。