[發(fā)明專利]一種材料熱分解實驗裝置及實驗方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310258475.6
• 申請日: 2013-06-25
• 公開（公告）號: CN103336021A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王俊勝;王國輝;劉丹
• 申請（專利權(quán)）人: 公安部天津消防研究所
• 主分類號: G01N25/00
• 分類號: G01N25/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李麗萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種材料熱分解實驗裝置及實驗方法，尤其涉及一種可用于材料熱分解行為研究和材料火災(zāi)煙氣中毒害物質(zhì)生成機理研究的實驗裝置及實驗方法，屬于火災(zāi)科學(xué)和材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

火災(zāi)安全在現(xiàn)代生活中越來越重要，而廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代生活中的高分子材料等可燃有機材料已成為引發(fā)火災(zāi)，特別是城市火災(zāi)的建筑火災(zāi)的主要著火材料之一，上海11.15大火和央視火災(zāi)均是由有機材料造成的，其火災(zāi)危險性日益已引起人們的高度關(guān)注。對有機材料進(jìn)行阻燃/防火處理早已是材料領(lǐng)域研究的目標(biāo)，而認(rèn)識掌握有機材料燃燒的規(guī)律與特點也是多年來火災(zāi)科學(xué)研究的重要內(nèi)容。目前我國通常對于建筑材料燃燒過程的研究和分析測試手段通常集中在有機材料燃燒過程的物理變化數(shù)據(jù)和性質(zhì)，諸如：點燃難易程度、點燃時間、燃燒時間、熔融滴落、熱釋放速率、熱釋放量、煙密度等。以常用有機材料的測試方法為例，通常采用氧指數(shù)儀（如GB/T2406）對于試樣進(jìn)行氧指數(shù)的測試，從而獲得試樣燃燒所需的最低氧濃度；通過水平或垂直燃燒測試儀（如GB/T2408）獲取試樣在一定燃燒條件下火焰蔓延的情況；通過煙密度儀（如GB/T8627）得到試樣在一定條件下的產(chǎn)煙情況；通過錐形量熱儀獲得在模擬良好通風(fēng)環(huán)境下材料燃燒時的熱釋放和煙釋放情況。這些傳統(tǒng)的測試方法主要集中于燃燒性能的分析，而忽視了有機材料的燃燒機理、火災(zāi)煙氣產(chǎn)生機理和燃燒過程中熱分解機理及其對燃燒行為的影響的分析。

有機材料燃燒的過程是一個非常復(fù)雜的物理化學(xué)過程。實際火災(zāi)中，有機材料的燃燒過程大致經(jīng)歷受熱升溫、點燃、火焰?zhèn)鞑ァ⑷紵浞职l(fā)展、火焰熄滅等幾個階段。在以上階段中有機材料在熱作用下不斷分解產(chǎn)生各種各樣的分解產(chǎn)物，有機材料的熱分解/裂解過程及其熱分解產(chǎn)物對燃燒過程有著重要影響。因此，材料的熱分解特性的研究是分析有機材料燃燒機理的關(guān)鍵。影響有機材料的熱分解的環(huán)境因素主要是溫度和氧濃度。熱重分析儀（TGA）在程序控溫下測量試樣的質(zhì)量與溫度的依賴關(guān)系，具有數(shù)據(jù)重現(xiàn)性好、易操作、成本低等優(yōu)點，是目前研究有機材料熱分解行為的最有效工具。但是，TGA只能在特定的氣氛下如：空氣、氮氣和氬氣等進(jìn)行實驗，無法通過變化氣氛中的氧濃度來研究材料在不同氧濃度的熱分解行為，即利用TGA可以方便研究溫度對有機材料熱分解特性的影響，但在研究氧濃度的影響方面存在一定不足。因此，需要研發(fā)一套能同時研究溫度和氧濃度共同影響下有機材料熱分解特性的實驗裝置。

ISO19700和GB20285等標(biāo)準(zhǔn)中已把材料熱分解煙氣的毒性作為評價材料火災(zāi)煙氣毒性的重要方法，因此材料熱分解煙氣的制備裝置是評價材料火災(zāi)安全性的關(guān)鍵實驗設(shè)備之一。上述標(biāo)準(zhǔn)中所使用熱分解裝置實驗環(huán)境為空氣氣氛，無法調(diào)節(jié)實驗環(huán)境的氧濃度。實際上，氧濃度是影響材料火災(zāi)煙氣毒性的關(guān)鍵因素之一。目前缺乏在不同濃度下制備材料熱分解煙氣的實驗裝置。同時，ISO19700中熱分解爐后端沒有連接保溫或恒溫裝置，只是將熱解氣體直接導(dǎo)入氣體分析系統(tǒng)中分析，可能會導(dǎo)致熱解氣溫度降低冷凝造成測試不準(zhǔn)確或熱解氣體溫度過高進(jìn)入氣體分析系統(tǒng)后造成設(shè)備損壞。而GB20285中將熱解氣稀釋后并降至室溫，隨后導(dǎo)入動物試驗箱，雖然可以獲得動物染毒試驗結(jié)果，但無法連接氣體分析系統(tǒng)進(jìn)行熱解煙氣的成分分析。

總之，目前已有的研究有機材料熱分解特性或熱分解煙氣的實驗裝置，大多在氮氣、空氣等單一氧濃度氣氛下進(jìn)行實驗，均不能進(jìn)行不同氧濃度氣氛下有機材料熱分解實驗，并且現(xiàn)有的實驗裝置還存在其他的缺點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對已有技術(shù)存在的問題，提供一種材料熱分解實驗裝置，具有操作簡單、實驗成本低、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高和重現(xiàn)性好等優(yōu)點。與此同時，提供了一種利用該實驗裝置進(jìn)行材料熱分解實驗的方法。本發(fā)明適合作為實驗裝置研究材料的熱分解特性及熱分解煙氣成分及濃度，是研究材料熱分解機理及煙氣形成機理的有效手段。