применение: эпоксидная смола

При отверждении эпоксидной смолы производится большое количество тепла: приблизительно 350 Дж/г. При адиабатических условиях и удельной теплоемкостью 2 Дж/гК выделение тепла приводит к скачку температуры до 175°C. Так как разложение эпоксидной смолы начинается при 230°C, то начальная температура (для адиабатического случая) дожна быть ниже 55°C.

В приведенном примере кинетика отверждения определялась для смеси, содержащей эпоксидную смолу и наполнитель. На основе кинетического анализа и калориметрических данных, таких как теплоемкость и теплопроводность в зависимости от температуры вычисления проводились для специфических условий, включающих теплообмен поверхности с окружением. Целью этой работы является вычисление максисальной температуры, которая будет достигнута в реакторе при заданных условиях через заданное время.

 

условия для измерений ДСК
прибор:NETZSCH DSC 204 Phoenix©
скорости нагрева/(K/мин):1, 2,5, 5, 10
масса образца /мг:4 .. 5
атмосфера:N2
тигель:Aluminium, pierced

кинетический анализ для измерения ДСК

кинетические параметры для лучшей модели:
lg A1/s^-1:10.69
E1/(kJ/mol)94.85
React.ord 1:1.36
lg A2/(kJ/mol):6.04
E2/(kJ/mol)72.49
React.ord 2:0.91
lg A3/(kJ/mol):8.82
E3/(kJ/mol)91.62
lg Kcat 3:0.70
FollReact. 1:4.50E-02
FollReact. 2:0.776
площадь 1 ..4/(J/g):-287.0

 

моделирование нагрева реактора

Моделирование проведено на основе результатов кинетического анализа и свойств реактора.

условия of моделирование
тип реактора:цилиндр
диаметр/cm:40
коэфф. теплообмена/(W/cm^2K):1.36E-3
начальная температура/°C56
удельная иеплоемкость/(Дж/гK):1.89
плотность/(г/cм3)::1.28
теплопроводность/(W/cмK): 0.0025

 


Conditions of DSC measurements
Instrument:NETZSCH DSC 204 Phoenix©
Heating rates/(K/min):1, 2,5, 5, 10
Sample mass/mg:4 .. 5
Atmosphere:N2
Crucible:Aluminium, pierced
Использование трехстадийной кинетической модели позволяет достигнуть высокой степени совпадения смоделированных и измеренных кривых.

график температуры от времени для различных расстояний от центра реактора.

Нагрев реактора начинается очень медленно. В центре реакция отверждения быстро заканчивается. Выделившееся тепло переносится к более холодной поверхности. Из-за того, что реакция отверждения на поверхности начинается при более высоком значении температуры, то максимальная температура достигается именно здесь.

Через 12 часов после начала процесса температура окружения увеличена до 140 °C для более быстрого достижения полного отверждения.

Трехмерная диаграмма нагрева

Общее прохождение процесса в реакторе нагляднее всего представить на трехмерном графике температуры от расстояния до центра и времени. Наблюдается максимальное значение температуры у поверхности и общее понижение температуры после полного отверждения.

Этот график демонстрирует проблемы, возникающие при реакции отверждения в объектах большой протяженности: поведение в центре очень близко к поведению адиабатической системы. Максимальное повышение температуры при этом можно приблизительно определить как Delta T = Heat/Cp. Неожиданным является факт наличия критических значений вблизи границы.

Temperature profile of cylinder with curing epoxy at 11.hrs.
Temperature profiles of cylinder with curing epoxy at times from 10.5 to 16 hours