耐驰非线性动力学软件

作者: J. R. Opfermann, NETZSCH-Gerätebau GmbH, Selb/Germany

摘 要

德国耐驰公司的动力学软件 (Kinetics) 是目前业界功能最强大的动力学分析软件之一。其目的是建立包含速率常数、反应级数、活化能与指前因子等参数在内的反应速率方程，将反应速率与温度、浓度等宏观变量联系起来，从中探求反应机理，并用以指导生产实践。

典型应用

• 环氧树脂的固化
• 带部分扩散控制的环氧树脂固化
• 粉末涂料的交联
• 电解淀积涂料的固化
• 聚合物粘结剂的烧出
• 葡萄糖的分解
• Poly（diphenoxyphenyl-phenylenvinylene）的热分解
• Al2O3 烧结行为的模拟
• Si3N4 的烧结
• 天然橡胶的硫化
• 硫化，包括硬度不断增加与硫化还原
• 粉末涂料的交联
• ……

数据来源

• 热重分析（TGA）
• 差热分析（DTA）与差示扫描量热（DSC）
• 质谱分析（MS）
• 热膨胀法（DIL）
• 流变分析（RHEO）及其衍生的硫化分析（VULC）
• 还可以使用 ASCII 文件，进行测量数据的导入。

计算方法

1. 利用 mode-free方法大致计算活化能、指前因子等参数随反应程度的变化。方法包括：

• Friedman 分析法，针对动态与／或等温测量
• Ozawa-Flynn-Wall 分析法，针对动态测量
• ASTM E698 分析法

2. 在第一步剖析的基础上选择合适的反应模型，将对象分解为多个单步反应的组合：连串、平行、竞争、独立等。

3. 每个单步反应可选类型：

• F1 一级反应
• F2 二级反应
• Fn n 级反应
• D1 一维扩散
• D2 二维扩散
• D3 三维 JANDER's 扩散
• D4 三维 GINSTLING-BROUNSHTEIN 扩散
• R2 二维相界反应
• R3 三维相界反应
• B1 自催化反应
• Bna n 级反应的 a 级自催化反应
• C1 一级反应，自催化
• C2 二级反应，自催化
• A2 二维成核，AVRAMI-EROFEEV
• A3 三维成核，AVRAMI-EROFEEV
• An n 维成核，AVRAMI-EROFEEV
• ...

4. 通过非线性回归，计算每一单步反应的反应级数n、指前因子A与活化能Ea，并计算模型拟合的相关系数。

结果应用

在得到反应模型及相关各参数基础上，由用户自定义各种反应条件，软件给出预测的反应结果。通过非线性拟合得到的反应动力学参数，可以用于：

• 等温条件下信号曲线推算（DSC、TG、DIL等）
• 动态条件下信号曲线推算 （DSC、TG、DIL等）
• 根据用户自定义温度预测等温、变温条件下的反应历程
• 等温、动态条件下反应物比例的预测