反应速率控制方程的应用与优化

纯PTFE的分解过程可以用Arrhenius速率方程描述，具体形式为

式中，λ为反应程度，0代表未反应，1代表完全反应；F为频率因子；Θ0为活化能；Ap为Arrhenius压力系数。

纯PTFE的活化能与C—C键能（3.6 eV）非常接近，说明PTFE链中C—C键的断裂是影响其热分解（形成C2F4单体分子）和分解速率的决定因素。纯PTFE活化能，频率因子F=8.4×1016 s-1，压力系数Ap=1.2×10-2 GPa-1。PTFE/Al和纯PTFE的活化能大致相同，可假设两者反应速率相同。

IG模型中的反应速率方程与Arrhenius速率方程有一定差异，为使其逼近Arrhenius速率方程，需要进行如下调整，令IG模型中的F、t与Arrhenius速率方程中的F、t一致，舍去反应速率方程中的点火和增长部分，只保留反应速率方程中的完成部分，并将fmxig、fmxgr和fmngr设为0，用完成部分的反应速率表示整体反应速率。利用未反应活性毁伤材料和反应产物的各项参数，得到不同反应程度下的压力、温度和比容等数据，再通过Arrhenius速率方程计算出不同反应程度下反应速率-压力曲线，如图2.40所示。然后对IG状态方程中反应速率方程完成部分的各项参数进行优化，拟合出与Arrhenius速率方程计算结果吻合度较高的反应速率-压力曲线，如图2.41所示。IG模型和Arrhenius速率方程计算出的各曲线几乎完全重合，得到IG模型各参数如表2.12所示。(www.xing528.com)

图2.40　基于Arrhenius速率方程计算反应程度对反应速率影响

表2.12　IG模型反应速率方程参数

图2.41　基于IG状态方程计算反应程度对反应速率影响