[发明专利]获取待测物在微波加热下的化学反应动力学方程的方法

说明书

本发明首先提供一种获取待测物在微波加热下的化学反应动力学方程的方法，所述方法包括让多个待测物在微波炉中分别发生不同时长的化学反应后，取出每个待测物并降温，以DSC测试出每个待测物反应不同时长后的化学反应完成程度，根据DSC测试得到多个检测数据，以粒子群算法进行非线性拟合得出该待测物在微波加热条件下的化学反应动力学方程。总的说来，本发明开拓性地提供了一种待测物在微波加热下的化学反应动力学方程的获取方法，以及具体提供了一种微波加热固化树脂基复合材料的固化度的获取方法。

技术领域

本发明涉及获取化学反应动力学方程领域，具体涉及一种获取待测物在微波加热下的化学反应动力学方程的方法。

背景技术

反应动力学是研究各种物理、化学因素(如温度、压力、浓度、反应体系中的介质、催化剂、流场和温场分布、停留时间分布等)对反应速率的影响以及相应的反应机理和数学表达式等的化学反应工程的分支学科。一般说来，化学反应工程工作者主要通过实验测定，来确定反应物系中各组分浓度和温度与反应速率之间的关系，以满足反应过程开发和反应器设计的需要。

物质在微波下发生化学反应的反应动力学方程中的各个参数往往与该物质在常规加热手段如电加热条件下不同，因而为便于指导工业上对微波反应器的设计以及对微波场下化学反应的控制，因而需要获取待测物在微波加热下的化学反应动力学方程的方法。例如树脂基复合材料以其优良的性能在航空航天、汽车船舶等领域得到广泛的应用。热压罐成型工艺之前一直被广泛应用于树脂基复合材料的成型制造中。但是其固化周期长，资源浪费大一直是传统热压罐成型难以解决的难题。近年来，微波加热以其效率高、材料受热均匀的优点受到人们的重视，但是对于微波加热固化树脂基复合材料机理的研究却很鲜见。研究复合材料微波固化动力学不仅有利于深入理解微波固化与传统热固化的异同点，更给微波固化复合材料的数值模拟提供理论依据。为开展复合材料辅助能场固化均匀性建模仿真研究打下基础。

虽然常规加热条件下的化学反应动力学方程的建立已经有一套成熟的方法，例如常规加热条件下的树脂固化，一般都是直接通过差示扫描量热(DSC)法，利用DSC设备测算出在固定升温速率下的反应物的吸放热值，通过阿伦尼乌斯方程直接算出反应活化能进而求出固化动力学方程。因为现有的DSC设备都是通过辐射传导的方式对测试样品进行加热，测试出的结果也只适用于常规电加热。本领域尚未出现微波加热的DSC设备。但是大量研究结果表明微波辐射对树脂固化过程的化学反应除了温度带来的热效应外还有显著的非致热效应的影响。常规的DSC法由于设备本身加热方式单一的缘故，在测试和建立树脂固化动力学方程的过程中，无法引入微波固化反应的非致热效应，因而计算出的结果不适用于树脂基复合材料微波固化的相关研究。因此建立树脂基复合材料微波固化动力学方程已经成为研究复合材料微波固化进程中亟待解决的科学难题。

鉴于树脂基复合材料的微波固化仅仅是微波加热下的化学反应中的一类，因而本领域需要找到一种获取待测物在微波加热下的化学反应动力学方程的方法。

发明内容

因此，本发明首先提供一种获取待测物在微波加热下的化学反应动力学方程的方法，所述方法包括让多个待测物在微波炉中分别发生不同时长的化学反应后，取出每个待测物并降温，以DSC测试出每个待测物反应不同时长后的化学反应完成程度，根据DSC测试得到多个检测数据，以粒子群算法进行非线性拟合得出该待测物在微波加热条件下的化学反应动力学方程。

在一种具体的实施方式中，对待测物进行微波加热过程中，在所述微波炉中设置有吸波物质作为配载。

在一种具体的实施方式中，所述配载为固体碳化硅，所述碳化硅为一种强吸波材料。