[发明专利]一种热塑性材料熔融流动燃烧行为模拟实验装置

说明书

技术领域

本发明属于火灾安全技术领域，具体涉及对热塑性材料火灾情况下熔融流动燃烧现象进行研究的实验模拟装置。

背景技术

近年来，聚合物在建筑物中大量应用，因此带来的消防隐患也引起了广泛关注。对于热塑性聚合物在火灾情况下有一个很重要的熔融流动燃烧现象，即材料在燃烧过程中并不是直接由固体气化后燃烧，而是先融化成液体，然后进一步分解燃烧。熔融后燃烧着的液体可以将火源带到下方，引燃下方的可燃物。使火灾情况下热塑性材料的燃烧不仅呈现出向上蔓延的现象，也同时向下蔓延，加快了火灾的蔓延速率。同时，如果热塑性材料的下方是地板，熔融滴落后的液体在热塑性材料的下方形成油池火，油池火与上方热塑性材料的燃烧会形成相互促进的耦合环效应。油池火的发展会促进热塑性材料的燃烧熔融，加快热塑性材料的燃烧，热塑性材料燃烧加快后会有更多熔融滴落的液体补充下方油池火，促进油池火的发展。针对这种耦合环效应的研究，对于认识热塑性材料的火灾危险性有重要意义，同时可以为消防设计提供可靠依据。

目前针对热塑性材料熔融流动燃烧的耦合环效应的研究尚缺乏有效的实验手段。当前有一种Kebab实验装置，该装置将热塑性材料做成卷筒状，通过两个电子天平分别测量热塑性材料卷筒和下方熔融滴落的液体的质量，点火源采用7号欧洲标准火。该装置可以有效测量两部分的质量，但是对于火灾中最重要的参数热释放速率却缺乏有效的表征手段，两部分热释放速率的获取仅能通过质量损失速率与燃烧热值推测获取，对总的热释放速率的表征必然存在很大误差，同时，由于实验装置过大，移动不便，影响了实验参数的调整设计。还有一种实验装置是将热塑性材料板直接贴附在ISO9705燃烧室壁面进行燃烧，这种办法可以有效获取燃烧的总的热释放速率，却无法表征两部分的热释放速率，对于液固两种状态的耦合作用体现的不是很明显。还存在一种T型槽的实验装置，该装置通过在热塑性材料板下方布置一个T型槽来考察不同热塑性材料火灾情况下熔融滴落后流淌的距离，该装置适用于研究初期对热塑性材料熔融流动能力的定性研究，无法对耦合环效应做出有效表征。热塑性材料研究还有一种实验装置是将热塑性材料板布置在ISO9705集烟罩下方自由燃烧，这种装置可以有效测量总的热释放速率，也体现了耦合环效应对热塑性材料燃烧的影响，但是对油池火任其自由发展，未能有效定量表征两部分的热释放速率。

发明内容

为解决目前针对热塑性材料熔融流动燃烧的耦合环效应尚无有效实验研究手段的问题，本发明提供一种用于研究热塑性材料熔融流动燃烧行为的实验装置，以便可以对热塑性材料熔融流动燃烧的耦合机理开展定量研究。

本发明解决该问题的技术方案： 一种热塑性材料熔融流动燃烧行为模拟实验装置，包括烟气收集装置及测量装置，所述烟气收集装置包括集烟罩，所述集烟罩下方设实验材料固定装置，所述实验材料固定装置包括承重架体；在所述承重架体内侧下方设质量损失速率测量装置，所述质量损失速率测量装置包括油盘和电子天平；在所述承重架体外侧设温度测量装置，所述温度测量装置包括热电偶树和数据采集系统。

所述承重架体为框式结构，由底座、承重梁和承重柱构成；所述承重梁上设固定架体和移动架体，所述移动架体上端通过支撑轴铰接于所述固定架体的上端部，在固定架体和移动架体之间设支撑梁调节支撑角度并固定。

在固定架体和移动架体之间还设有量角标尺，其测量范围为0-120度；所述支撑轴上设固定垫片。

所述集烟罩上依次连接弯管、稳流管段、测试管段和排烟管段。所述的测试管段上面设烟气采样孔。所述排烟管段的末端连接变频抽风机。

所述热电偶树包括底盘和承重支柱，所述承重支柱底端固定在底盘上，承重支柱上布设若干热电偶安装架。

所述热电偶安装架包括固定在承重支柱上的延伸段，延伸段尾端固定热电偶套管。

所述测量装置为量热仪及气体分析仪。

该模拟实验装置还设有视频监控系统，其包括工业相机和三脚架。

所述的固定架体长度满足实验材料固定装置的稳定性要求。所述移动架体采用支撑轴与底座相连，同时移动架体角度可变。

所述的集烟罩完全覆盖实验材料固定装置上方区域，实验中产生的烟气可以全部收集。所述的稳流管段采用几片稳流网实现稳流，所述的测试管段上面打孔用于烟气采样，通过氧耗法测量总的热释放速率，通过烟气分析仪测量各种气体组分。所述的数据采集系统包括数据采集模块、计算机和数据采集软件。