[发明专利]一种聚合物燃烧过程实时在线联合分析装置

说明书

本发明提供一种聚合物燃烧过程实时在线联合分析装置，其组成主要包括燃烧模块、燃烧气相产物采集模块、量热模块、烟气输送管道系统、前端采集模块、前端功能模块、后端采集模块、后端功能模块。该装置适用于聚合物真实燃烧行为实时在线分析，定量表征材料的燃烧行为与阻燃性能，并能同时获取聚合物燃烧时的燃烧产物的精细化学结构信息和烟尘信息。基于本装置，研究人员能科学的研究有机高分子材料真实燃烧行为；可解决当前各种有机高分子材料的研发过程中缺乏可靠气相燃烧过程机理研究和完整燃烧气相产物数据的状况，为有机高分子材料的阻燃化设计与材料研制奠定科学基础，提升高分子材料阻燃的科学水平，促进阻燃高分子材料的技术发展。

技术领域

本发明属于聚合物燃烧在线检测分析仪器技术领域，具体涉及一种聚合物燃烧过程实时在线联合分析装置，主要适用于聚合物真实燃烧行为实时在线分析，定量表征材料的燃烧与阻燃性能，并能同时获取聚合物燃烧时的燃烧气相产物的精细化学结构信息和烟尘信息。

背景技术

有机高分子材料(又称聚合物，如无特殊说明，本发明中的“有机高分子材料”和“聚合物”均代表一类化合物)是体积产量最大的一类材料，广泛应用于化学建材、电子电气、交通运输、航天航空、采矿、日用家具、室内装饰等各个领域。然而，与金属和无机非金属材料不同，绝大多数有机高分子材料属于易燃、可燃材料，在燃烧时热释放速率大，热值高，火焰传播速度快不易熄灭，通常还伴随着有毒烟气和熔滴形成，由此引发重特大火灾事故不断发生，造成巨大的经济损失和人员伤亡。赋予高分子材料阻燃性，即对高分子材料进行阻燃化设计，是解决高分子材料引发火灾事故最重要的途径。

在诸多表征聚合物阻燃性能的装置中，锥形量热仪被认为是目前最理想的小型燃烧性能测试仪器，其是上世纪80年代由美国国家标准技术研究所NIST(NationalInstitute of Standards and Technology)的科学家Vytenis Babrauskas提出的新一代小型材料燃烧性能测评仪器。测试时，锥形量热仪的圆锥形加热器可以使样品暴露于一定热流之中，并模拟多种火情，燃烧由一个小型电火花点火器点燃样品在热分解时产生的气体引发。采用锥形量热仪可以测试出材料燃烧过程中热释放速率、点燃时间、总热释放、质量损失速率、有效燃烧热、总烟释放量等关键燃烧数据。但目前锥形量热仪装置仅能研究高分子材料的阻燃性能，并不能用于研究阻燃机理。

用于研究聚合物阻燃机理的装置主要是通过一些可对有机高分子样品实现较为精确加热的设备来模拟燃烧过程，然后通过与化学结构表征的仪器相联用，再对模拟有机高分子材料燃烧得到的产物进行分析检测，推测阻燃机理。热重红外联用分析仪(TGA-FTIR)是最早应用于模拟有机高分子材料燃烧产物的生成及检测的仪器。该仪器通过热重部分(TGA)对样品进行加热，模拟燃烧过程(与真正的燃烧差距很大)，再经一根可加热的导气管将样品升温过程中产生的气相产物导入红外光谱部分的检测附件中，测试得到气相产物分子的化学键和官能团信息；热重分析-气相色谱-质谱联用仪(TGA-GC-MS)与TGA-FTIR相似，均是通过热重部分加热来模拟燃烧过程，不同的是，气相产物会通过可加热的色谱柱进行分离前处理，再进入到质谱系统中进行检测，最终得到气相产物分子的质谱数据信息；热裂解-气相色谱-质谱联用仪(Py-GC-MS)与TGA-GC-MS相比，主要是前者采用了能够进行“极速升温”的热裂解器对样品进行加热，样品的升温速率可达1～1000℃/s可控，由此产生的气相产物再进入到气质联用部分(GC-MS)中，得到的也是气相产物分子的质谱数据信息。但实际上，以上的三种联用装置对于有机高分子样品“模拟燃烧”的加热模式是无法很好反映有机高分子材料的真实燃烧行为过程的，因此通过这些装置测试得到的气相产物化学结构信息并不能真实反映高分子材料燃烧过程中的化学变化过程。

发明内容