[发明专利]一种材料热分解实验装置及实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料热分解实验装置及实验方法，尤其涉及一种可用于材料热分解行为研究和材料火灾烟气中毒害物质生成机理研究的实验装置及实验方法，属于火灾科学和材料科学技术领域。

背景技术

火灾安全在现代生活中越来越重要，而广泛应用于现代生活中的高分子材料等可燃有机材料已成为引发火灾，特别是城市火灾的建筑火灾的主要着火材料之一，上海11.15大火和央视火灾均是由有机材料造成的，其火灾危险性日益已引起人们的高度关注。对有机材料进行阻燃/防火处理早已是材料领域研究的目标，而认识掌握有机材料燃烧的规律与特点也是多年来火灾科学研究的重要内容。目前我国通常对于建筑材料燃烧过程的研究和分析测试手段通常集中在有机材料燃烧过程的物理变化数据和性质，诸如：点燃难易程度、点燃时间、燃烧时间、熔融滴落、热释放速率、热释放量、烟密度等。以常用有机材料的测试方法为例，通常采用氧指数仪（如GB/T2406）对于试样进行氧指数的测试，从而获得试样燃烧所需的最低氧浓度；通过水平或垂直燃烧测试仪（如GB/T2408）获取试样在一定燃烧条件下火焰蔓延的情况；通过烟密度仪（如GB/T8627）得到试样在一定条件下的产烟情况；通过锥形量热仪获得在模拟良好通风环境下材料燃烧时的热释放和烟释放情况。这些传统的测试方法主要集中于燃烧性能的分析，而忽视了有机材料的燃烧机理、火灾烟气产生机理和燃烧过程中热分解机理及其对燃烧行为的影响的分析。

有机材料燃烧的过程是一个非常复杂的物理化学过程。实际火灾中，有机材料的燃烧过程大致经历受热升温、点燃、火焰传播、燃烧充分发展、火焰熄灭等几个阶段。在以上阶段中有机材料在热作用下不断分解产生各种各样的分解产物，有机材料的热分解/裂解过程及其热分解产物对燃烧过程有着重要影响。因此，材料的热分解特性的研究是分析有机材料燃烧机理的关键。影响有机材料的热分解的环境因素主要是温度和氧浓度。热重分析仪（TGA）在程序控温下测量试样的质量与温度的依赖关系，具有数据重现性好、易操作、成本低等优点，是目前研究有机材料热分解行为的最有效工具。但是，TGA只能在特定的气氛下如：空气、氮气和氩气等进行实验，无法通过变化气氛中的氧浓度来研究材料在不同氧浓度的热分解行为，即利用TGA可以方便研究温度对有机材料热分解特性的影响，但在研究氧浓度的影响方面存在一定不足。因此，需要研发一套能同时研究温度和氧浓度共同影响下有机材料热分解特性的实验装置。

ISO19700和GB20285等标准中已把材料热分解烟气的毒性作为评价材料火灾烟气毒性的重要方法，因此材料热分解烟气的制备装置是评价材料火灾安全性的关键实验设备之一。上述标准中所使用热分解装置实验环境为空气气氛，无法调节实验环境的氧浓度。实际上，氧浓度是影响材料火灾烟气毒性的关键因素之一。目前缺乏在不同浓度下制备材料热分解烟气的实验装置。同时，ISO19700中热分解炉后端没有连接保温或恒温装置，只是将热解气体直接导入气体分析系统中分析，可能会导致热解气温度降低冷凝造成测试不准确或热解气体温度过高进入气体分析系统后造成设备损坏。而GB20285中将热解气稀释后并降至室温，随后导入动物试验箱，虽然可以获得动物染毒试验结果，但无法连接气体分析系统进行热解烟气的成分分析。

总之，目前已有的研究有机材料热分解特性或热分解烟气的实验装置，大多在氮气、空气等单一氧浓度气氛下进行实验，均不能进行不同氧浓度气氛下有机材料热分解实验，并且现有的实验装置还存在其他的缺点。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术存在的问题，提供一种材料热分解实验装置，具有操作简单、实验成本低、数据准确性高和重现性好等优点。与此同时，提供了一种利用该实验装置进行材料热分解实验的方法。本发明适合作为实验装置研究材料的热分解特性及热分解烟气成分及浓度，是研究材料热分解机理及烟气形成机理的有效手段。