Non-isothermal kinetics of diffusion and its application to thermal analysis

Abstract

Non-isothermal kinetics of diffusion are derived, extending the fundamental equation of diffusion to non-isothermal conditions, and the equation is solved for a few typical cases. From these theoretical considerations, two methods of analyzing thermoanalytical data of diffusion are proposed. One of the methods is applied to EGA curves of the volatilization of toluene from epoxy resin cured with ethylenediamine. The diffusion constants obtained as a function of temperature for two plate-specimens of different thicknesses at various heating rates are in good agreement with each other. The temperature dependence of the diffusion constant observed for a powdered sample is also in good agreement with those observed for the two plate-specimens.

Résumé

On étudie la cinétique de diffusion en régime non isotherme, en étendant l'équation fondamentale de la diffusion aux cas non isothermes et l'on donne la solution de l'équation pour quelques cas typiques. A partir de ces considérations théoriques, on propose deux méthodes pour analyser les données thermoanalytiques de la diffusion. On applique l'une d'elles aux courbes AGE de stabilisation du toluène à partir des résines époxy traitées à l'éthylène diamine. Les constantes de diffusion obtenues en fonction de la température pour plusieurs vitesses d'échauffement sur deux échantillons en forme de plaquette sont en bon accord, de même que pour des échantillons pulvérulents.

Zusammenfassung

Die nicht-isotherme Kinetik der Diffusion wird abgeleitet, indem die Grundgleichung der Diffusion auf nicht-isotherme Fälle erweitert und für einige typische Fälle gelöst wird. Von diesen theoretischen Erwägungen ausgehend werden zwei Methoden zur Analyse thermoanalytischer Diffusionsangaben vorgeschlagen. Eine der Methoden wird für die EGA-Kurven der Verflüchtigung von Toluol aus mit Ethyländiamin behandeltem Epoxyharz angewandt. Die an zwei Platten-Arten verschiedener Dicke bei verschiedenen Aufheizgeschwindigkeiten als Funktion der Temperatur erhaltenen Diffusionskonstanten stimmen gut überein. Die an einer pulverförmigen Probe beobachtete Temperaturabhängigkeit der Diffusionskonstante ist ebenfalls in guter Übereinstimmung mit der an den zwei Plattenkörpern erhaltenen.

Резюме

Распространение осн овного уравнения диффузии на неизотер мические условия позволяет вывести не изотермическую кине тику диффузии. На основани и этих теоретических соображений предлаг ается два метода обра ботки термоаналитических данных диффузии. Один из методов испол ьзован для кривых исп арения толуола из эпоксисмо лы. Константы диффузии, п олученные как функци я температуры для двух пластинчатых образц ов разной толщины при ра зличных скоростях на гревания, хорошо совпадают дру г с другом. Температурна я зависимость конста нты диффузии, в случае пор ошкообразного образца также хорошо согласуется с наблюд аемой для двух пластинчатых об разцов.