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Kinetic constants of polymeric materials from thermogravimetric data

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Abstract

The thermal decomposition of polytetrafluoroethylene (TFE, Teflon), high and low density polyethylene (HDP and LDP), Delrin Acetal (DA), AVCO Phenolic Fiberglass (APFG), and carbon phenolic (CP), were studied by a thermogravimetric technique which utilized a constant heating rate. Loss in sample weight was recorded as a function of time or temperature from room temperature to approximately 700°. Reaction orders were established from logarithmic rate versus temperature plots. Arrhenius frequency factors and overall activation energies were determined from computerized integrations of the appropriate rate equations in which the results were treated on the basis of first-order reaction mechanisms for specific temperature regions. Zero-order mechanisms were estimated by the usual graphical methods.

Résumé

Etude de la décomposition thermique du polytétrafluoroéthylène (Teflon), du polyethylene haute et basse densité, de l'acétal Delrin, de la fibre de verre phénolique AVCO et du carbone phénolique par TG à vitesse d'échauffement constante. Enregistrement de la perte de poids en fonction du temps ou de la température, depuis la température ambiante jusqu'à 700°C environ. Détermination de l'ordre des réactions en portant le logarithme de la vitesse en fonction de la température. Détermination des facteurs de fréquence et des énergies d'activation moyennes par intégration numérique des équations de vitesse appropriées en traitant les résultats sur la base de mécanismes réactionnels du 1er ordre dans les domaines de température correspondants. Emploi des méthodes graphiques habituelles dans le cas des réactions d'ordre zéro.

Zusammenfassung

Die thermische Zersetzung von Polytetrafluoräthylen (TFE, Teflon), von Polyäthylen niedriger und hoher Dichte (HDP und LDP), von Delrin Acetal (DA), von AVCO Phenolglaswolle (APFG) und von Phenolkohle (CP) wurde thermogravimetrisch mit konstanter Aufheizgeschwindigkeit untersucht. Der Gewichtsverlust wurde als Funktion der Zeit und der Temperatur von Zimmertemperatur bis zu 700° registriert. Aus der Darstellung der Logarithmen der Reaktionsgeschwindigkeit gegen die Temperatur wurde die Reaktionsordnung ermittelt. Die Arrheniusschen Frequenzfaktoren und die Werte der durchschnittlichen Aktivierungsenergien wurden durch komputerierte Integrierung der geeigneten Geschwindigkeitsgleichungen bestimmt. In den entsprechenden Geschwindigkeitsgleichungen wurden für spezielle Temperaturgebiete die Ergebnisse aufgrund des Reaktionsmechanismus von erster Ordnung behandelt. Reaktionen nullter Ordnung wurden nach den üblichen graphischen Methoden ausgewertet.

Резюме

Термораспад политет рафторзтилена (ТФЗ, ТЗФЛОН), полизтилена c в ьсокой и низкой плотностью (Х ДП, ЛДП), Делрин Ацеталя (ДА), АВЦО фенольного фиберглаза (АПФГ) и кар бон фенолика (ЦП) изуче н методом термогравиметрии c ис пользованием постоянной скорости нагрева. Потеря веса о бразца фиксирована как функ ция времени или температ урь (от комнатной до, приблизительно, 700°). По рядок реакции определен по зависим ости логарифма скоро сти от температурн. Фактор ч астоть Аррениуса й общая знергия актив ации расчитань интег рированием на вьмислительной ма шине уравнений подходяще й скорости. Результат ь обработанн на оснований механиз ма реакции первого поря дка для определенной области температурь. Механиз м нулевого порядка оценен извес тньм графическим мет одом.

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The authors wish to acknowledge the many hours of valued assistance accomplished by Leonie Boehmer who performed all computational calculations reported herein and for the programming and compilation of data for the CDC 6061 computer. Acknowledgment is also extended to Mark Middleton who assisted with the technical measurements and calculations presented in this report.

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Urzendowski, S.R., Guenther, A.H. Kinetic constants of polymeric materials from thermogravimetric data. Journal of Thermal Analysis 3, 379–395 (1971). https://doi.org/10.1007/BF02188645

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Keywords

  • Polytetrafluoroethylene
  • Arrhenius Frequency Factor
  • Fiberglass
  • Carbone
  • Delrin