[发明专利]一种具有惰性气体保护的热塑性材料加热熔融滴落燃烧测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物材料受热行为与流淌燃烧特性领域，更具体的说，涉及一种具有惰性气体保护的热塑性材料加热熔融滴落燃烧测试装置。

背景技术

人工合成塑料技术的发展与广泛运用，给人们的生产与生活带来了众多的便利。然而，这些材料的可燃性往往将增加空间内的火灾荷载，容易带来火灾防治方面的新问题。其中，热塑性材料（诸如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等）由于具有“受热升温可软化流动，冷却降温可固化定型”的重复塑形的优点，在汽车、航空、家电、办公、室内装修装饰等场合得到了广泛的运用。这类热塑性材料及其制品被引燃后，燃烧过程中将向下滴落熔融液态可燃物，从而在底部易形成流淌油池火，该油池火不仅是整个燃烧过程的主控单元，而且往往加速火灾蔓延。关于热塑性材料的燃烧特性方面的研究，荷兰出版的国际学术期刊《有害材料期刊》（Journal ofHazardous Materials，2009年，第166卷，第1321-1325页）中提到一种基于T型槽的热塑性材料耦合燃烧模拟方法，该方法主要是通过在一个竖直壁面上紧贴安装一块热塑性材料板材，而在板材底部放置一个T形槽接收壁面燃烧过程中滴落下的热塑性材料熔液，从而模拟壁面火与底部油池火的耦合燃烧过程，并一定程度上衡量该类材料液体池火燃烧的流动性。专利201110253772.2提到一种热塑性材料熔融燃烧行为模拟实验装置，也是将一块热塑性材料板材固定在一个可改变倾角的面板上进行燃烧实验，底部采用一个矩形油盘接收燃烧过程中滴落的热塑性材料熔液，该装置可以研究材料厚度、材料倾角、以及上方壁面热塑性板材与下方油盘之间的远近距离对整个燃烧过程的影响。关于热塑性材料特殊燃烧行为研究的现有方法与装置中，大都是将热塑性板材固定在某一个基体壁面上进行点燃，在其下方用一个油盘对燃烧熔融滴落的液体进行接收的方式进行研究。这种方法的一个主要缺陷在于：热塑性材板壁面燃烧过程中形成的熔融液体滴落过程存在很大的随机性，熔融液体的滴落速率不可控，而下方液体流淌油池火的发展与蔓延过程主要由熔融液体的滴落速率决定，因此，现有的方法限制了热塑性材料熔融液体油池火发展与蔓延特征的深入定量分析。

发明内容

本发明的目的是提出一种热塑性材料受热熔融滴落速率可控的有源油池火燃烧特性研究方法与装置，通过对加热炉内热塑性材料受热熔化过程的详细监控，确定各种热塑性材料完全熔化的临界模式，在热塑性材料熔融液体匀速滴落条件下，研究滴落质量速率对热塑性材料熔融油池火燃烧与蔓延特性的影响。

本发明采用的技术方案为：一种具有惰性气体保护的热塑性材料加热熔融滴落燃烧测试装置，包括一个底部开有一个小圆孔的金属容器，金属容器放在电加热炉内，电加热炉底部也开有一个小圆孔，金属容器的小圆孔与电加热炉的小圆孔的中心轴线在竖直方向上对齐；所述金属圆孔在实验前采用一个锥形塞子穿过电加热炉的小圆孔从下方塞紧；金属容器的上方放置一个具有若干个透气孔的金属盖子；气瓶内的惰性气体依次经过减压阀和流量计后穿过金属盖子通入到金属容器内；金属容器内部的竖直中心线上布置第一热电偶树，包含若干个热电偶，金属容器的内侧壁近邻位置在竖直方向也布置第二热电偶树，包含若干个热电偶；内部放有金属容器的电加热炉放置在较高的第一支架上，第一支架又放置于第一电子天平之上；在电加热炉底面的正下方放置较矮的第二支架，第二支架上方放置第二电子天平，所述第二电子天平上放置一个燃烧油盘用于接收上方金属容器底部小孔中滴落的热塑性材料熔融可燃液滴；所述第一支架与第二支架之间不发生力的接触，从而避免干扰第一电子天平与第二电子天平之间的独立质量测量；所述燃烧油盘正上方布设第三热电偶树，包含若干个热电偶，第三热电偶树的各热电偶在水平方向应偏离金属容器底部小孔的中心，从而避免金属容器向下滴落的熔融液滴粘附在热电偶上；所述燃烧油盘的侧方附近位置布设若干个辐射热流计，用于测量油盘燃烧的辐射热通量变化；所述燃烧油盘的侧方附近位置布设若干台摄像机，用于从不同角度实时拍摄油盘中熔液燃烧与蔓延的特征。

所述第一电子天平测量的是上方电加热炉和装有热塑性材料的容器整体的质量变化。

所述第二电子天平测量的是下方燃烧油盘的实时质量变化。

所述金属容器内部中心线上竖直布设的第一热电偶树测量的是容器内盛放的热塑性材料在受热过程中若干个典型位置上的温度变化。

所述金属容器内部靠近侧壁位置竖直布设的第二热电偶树测量的是容器内盛放的热塑性材料在受热过程中侧壁附近若干个典型位置上的温度变化。