CN105067664A - 一种用于测量高分子材料燃烧时内部温度变化的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于测量高分子材料燃烧时内部温度变化的装置，设有一个用于固定高分子材料试样的固定座、一个能够向高分子材料试样表面喷射火焰的喷火装置和一个用于实时测量高分子材料试样在火焰作用下燃烧时内部温度的数字记录仪，所述的高分子材料试样中包埋有热电偶，热电偶通过热电偶补偿导线与数字记录仪连接。该装置制造成本较低，操作比较简单，能够原位、实时地测量和记录高分子材料在火焰作用下燃烧时内部温度随时间的动态变化，用实验数据来定量表征材料燃烧成炭行为对热量传递的影响，为阻燃高分子材料研究提供了一种全新的定量分析表征方法。

Description

一种用于测量高分子材料燃烧时内部温度变化的装置

技术领域

本发明涉及一种实验装置，具体涉及一种用于测量高分子材料燃烧时内部温度变化的装置。

背景技术

塑料、橡胶、纤维等有机高分子材料在实际应用中存在的主要问题之一是易燃，如何对高分子材料的阻燃性能进行测试是该领域的重要研究方向之一。目前，国内外用于表征聚合物材料燃烧性能的实验方法较多，对于材料的阻燃机理，尤其是在凝聚相的阻燃机理，往往是通过材料的成炭行为（成炭数量和炭层质量）进行分析。通常认为，如果材料燃烧或热分解时生成残炭数量越多，炭层表面越连续致密，则会在材料表面形成有效的防火屏障，切断或减少火焰区与材料内部之间的热量传递和物质交换，显著提高材料的阻燃性能。采用的研究方法是通过扫描和/或透射电子显微镜观察残余物的形态结构，然后根据上述原则进行判断。但是，这种传统的研究方法仅仅是一种定性的理论分析，高分子材料热分解时生成的炭层到底能够在多大程度上阻止热量传递，保护材料免于火焰作用，国内外并没有可靠的实验装置及方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种全新的燃烧试验装置，用于测量高分子材料燃烧时内部温度变化。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：一种用于测量高分子材料燃烧时内部温度变化的装置，设有一个用于固定高分子材料试样的固定座、一个能够向高分子材料试样表面喷射火焰的喷火装置和一个用于实时测量高分子材料试样在火焰作用下燃烧时内部温度的数字记录仪，所述的高分子材料试样中包埋有热电偶，热电偶通过热电偶补偿导线与数字记录仪连接。

其中，所述的固定座上还设有用于调整高分子材料试样上表面与喷火装置所喷出火焰之间夹角的角度调节装置。

进一步的，固定座中还设有竖直设置的丝杠和控制丝杠转动的电机，丝杠上套设有与其上的螺纹相配合的带有内螺母结构的滑块，所述的角度调节装置固定在滑块上，所述的固定座上还设有分别控制电机工作/停止、正转/反转的旋钮。

进一步的，固定座中设有用于引导滑块上下往复运动的导向柱，滑块上设有与导向柱配合的导套。

本发明中，角度调节装置由连接套、与连接套中心位置设置的螺纹孔配合连接的紧定螺钉以及用于放置高分子材料试样的承接盘组成，连接套通过可拆卸杆固定在滑块上，承接盘通过其上设置的延伸杆伸入到连接套内部的螺纹孔中，紧定螺钉将延伸杆可转动地固定在螺纹孔中。

本发明中，热电偶为沿着高分子材料试样的厚度方向设置的多个测温热电偶，各热电偶之间具有相同的温度响应特性，且在相同温度场下，各热电偶之间的温度差?T≤2℃。

本发明中，喷火装置包括引入燃气气源的输入管、设在输入管上的流量调节阀以及设在输入管末端的喷嘴，喷嘴对应设在高分子材料试样的上方，所述的固定座上还设有排烟装置以及与流量调节阀连接的流量调节旋钮。

进一步的，所述的固定座包括内外层设置的两个框体和固定在框体上部的方壳，两个框体之间设置的夹层中设有阻燃保温层，框体由底板、顶板以及用于垂直连接底板和顶板三个侧边的侧板组成，其中，顶板兼做方壳的底壁，内层框体的其中一个侧板的内壁上固定有刻度尺；所述的排烟装置设在方壳中，顶板上设有聚烟罩和与排烟装置对应设置的排烟口，且顶板上对应框体开口的位置设有挡烟板。

本发明中，所述的固定座和数字记录仪上对应设有多个热电偶补偿导线接头。

本发明中，固定座上还设有计时器。

本发明的有益效果：（1）、该装置利用喷火装置，使其喷出的火焰长度刚好喷射到高分子材料试样上表面，同时按下数字记录仪的启动和记录开关，开始进行燃烧试验和数据采集；该装置中热电偶通过热电偶补偿导线与数字记录仪连接，利用数字记录仪实时记录高分子材料试样燃烧时的内部温度，可以得到同一个样品不同厚度位置处或不同组成的样品相同厚度位置处的一系列温度变化数据，进而用于比较化学组成/微观结构不同的高分子材料在燃烧时的内部温度变化，实现了阻燃研究从定性的理论分析改进到定量的实验数据表征。

（2）、该装置制造成本较低，操作比较简单，能够原位、实时地测量和记录高分子材料在火焰作用下燃烧时内部温度随时间的动态变化，用实验数据来定量表征材料燃烧成炭行为对热量传递的影响，为阻燃高分子材料研究提供了一种全新的定量分析表征方法。

（3）、该装置利用由电机带动的丝杠以及与丝杠配套传动的滑块，实现滑块的上下往复移动，进而调整高分子材料试样与喷嘴之间的间距；同时，可以利用角度调节装置调整高分子材料试样上表面与喷嘴喷出火焰之间的夹角，满足不同的实验需要。

附图说明

图1为本发明的整体视图；

图2和图3为图1中固定座和方壳的示意图；

图4为去掉方壳后的固定座的示意图。

附图标记：1、高分子材料试样，2、热电偶，3、热电偶补偿导线，4、固定座，40、丝杠，41、滑块，42、电机，43、导向柱，5、喷火装置，50、喷嘴，51、输入管，52、流量调节阀，53、排烟装置，54、流量调节旋钮，6、数字记录仪，7、角度调节装置，70、连接套，71、紧定螺钉，72、承接盘，73、延伸杆，8、框体，80、底板，81、侧板，82、顶板，83、阻燃保温层，9、方壳，10、排烟口，11、挡烟板，12、刻度尺，13、计时器，14、可拆卸杆，15、聚烟罩。

具体实施方式

一种用于测量高分子材料燃烧时内部温度变化的装置，如图1所示，设有一个用于固定高分子材料试样1的固定座4、一个能够向高分子材料试样1表面喷射火焰的喷火装置5和一个用于实时测量高分子材料试样1在火焰作用下燃烧时内部温度的数字记录仪6，所述的高分子材料试样1中包埋有热电偶2，热电偶2通过热电偶补偿导线3与数字记录仪6连接。

其中，为调整高分子材料试样1上表面与喷火装置5喷出火焰之间的夹角，如图1和图2所示，固定座4上还设有用于调整高分子材料试样1倾斜角度的角度调节装置7。而为调整高分子材料试样1上表面与喷火装置5的间距，如图2和图3所示，固定座4中还设有竖直设置的丝杠40和控制丝杠40转动的电机42，丝杠40上套设有与其上的螺纹相配合的带有内螺母结构的滑块41，固定座4中设有用于引导滑块41上下往复运动的导向柱43，滑块41上设有与导向柱43配合的导套。角度调节装置7固定在滑块41上，所述的固定座4上还设有分别控制电机42工作/停止、正转/反转的旋钮。

其中，如图4所示，角度调节装置7由连接套70、与连接套70中心位置设置的螺纹孔配合连接的紧定螺钉71以及用于放置高分子材料试样1的承接盘72组成，连接套70通过可拆卸杆14固定在滑块41上，承接盘72通过其上设置的延伸杆73伸入到连接套70内部的螺纹孔中，紧定螺钉71将延伸杆73可转动地固定在螺纹孔中。

如图1和图3所示的喷火装置5，包括引入燃气气源的输入管51、设在输入管51上的流量调节阀52以及设在输入管51末端的喷嘴50，喷嘴50对应设在高分子材料试样1的上方，所述的固定座4上还设有排烟装置53以及与流量调节阀52连接的流量调节旋钮54。其中，固定座4包括内外层设置的两个框体8和固定在框体8上部的方壳9，如图4所示，两个框体8之间设置的夹层中设有阻燃保温层83，如图2和图3所示，框体8由底板80、顶板82以及用于垂直连接底板80和顶板82三个侧边的侧板81组成，其中，顶板82兼做方壳9的底壁，内层框体的其中一个侧板的内壁上固定有刻度尺12；所述的排烟装置53设在方壳9中，顶板82上设有聚烟罩15和与排烟装置53对应设置的排烟口10，且顶板82上对应框体开口的位置设有挡烟板11。其中，固定座4上还设有计时器13，固定座4和数字记录仪6上对应设有多个热电偶补偿导线接头。

根据阻燃高分子材料的种类和组成，合理设定压制成型温度，把经过精确计量的聚合物材料的颗粒物料放置在模具中通过压制成型，得到一系列组成相同但厚度不同的圆形的高分子材料试样1，根据包埋的热电偶2的数量，合理设置高分子材料试样1的厚度。本发明中，热电偶2为沿着高分子材料试样1的厚度方向设置的多个测温热电偶，各热电偶之间具有相同的温度响应特性，且在相同温度场下，各热电偶之间的温度差?T≤2℃。

启动电机42，电机42带动丝杠40转动，滑块41上下往复移动，当滑块41移动至合适位置时，停止电机42的工作；然后通过角度调节装置7调整高分子材料试样1的倾斜角度。完毕后，打开燃气气源的流量开关，用长臂点火器在固定座4中点燃喷嘴50喷出的燃气，调节流量调节阀52，使火焰长度刚好喷射到高分子材料试样1的上表面，同时，按下数字记录仪6的启动和记录开关，进行燃烧试验和数据采集。

Claims (10)

1.一种用于测量高分子材料燃烧时内部温度变化的装置，其特征在于：设有一个用于固定高分子材料试样（1）的固定座（4）、一个能够向高分子材料试样（1）表面喷射火焰的喷火装置（5）和一个用于实时测量高分子材料试样（1）在火焰作用下燃烧时内部温度的数字记录仪（6），所述的高分子材料试样（1）中包埋有热电偶（2），热电偶（2）通过热电偶补偿导线（3）与数字记录仪（6）连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于测量高分子材料燃烧时内部温度变化的装置，其特征在于：所述的固定座（4）上还设有用于调整高分子材料试样（1）上表面与喷火装置（5）所喷出火焰之间夹角的角度调节装置（7）。

3.根据权利要求2所述的一种用于测量高分子材料燃烧时内部温度变化的装置，其特征在于：固定座（4）中还设有竖直设置的丝杠（40）和控制丝杠（40）转动的电机（42），丝杠（40）上套设有与其上的螺纹相配合的带有内螺母结构的滑块（41），所述的角度调节装置（7）固定在滑块（41）上，所述的固定座（4）上还设有分别控制电机（42）工作/停止、正转/反转的旋钮。

4.根据权利要求3所述的一种用于测量高分子材料燃烧时内部温度变化的装置，其特征在于：所述的固定座（4）中设有用于引导滑块（41）上下往复运动的导向柱（43），滑块（41）上设有与导向柱（43）配合的导套。

5.根据权利要求3所述的一种用于测量高分子材料燃烧时内部温度变化的装置，其特征在于：所述的角度调节装置（7）由连接套（70）、与连接套（70）中心位置设置的螺纹孔配合连接的紧定螺钉（71）以及用于放置高分子材料试样（1）的承接盘（72）组成，连接套（70）通过可拆卸杆（14）固定在滑块（41）上，承接盘（72）通过其上设置的延伸杆（73）伸入到连接套（70）内部的螺纹孔中，紧定螺钉（71）将延伸杆（73）可转动地固定在螺纹孔中。

6.根据权利要求1所述的一种用于测量高分子材料燃烧时内部温度变化的装置，其特征在于：所述的热电偶（2）为沿着高分子材料试样（1）的厚度方向设置的多个测温热电偶，各热电偶之间具有相同的温度响应特性，且在相同温度场下，各热电偶之间的温度差?T≤2℃。

7.根据权利要求1所述的一种用于测量高分子材料燃烧时内部温度变化的装置，其特征在于：所述的喷火装置（5）包括引入燃气气源的输入管（51）、设在输入管（51）上的流量调节阀（52）以及设在输入管（51）末端的喷嘴（50），喷嘴（50）对应设在高分子材料试样（1）的上方，所述的固定座（4）上还设有排烟装置（53）以及与流量调节阀（52）连接的流量调节旋钮（54）。

8.根据权利要求7所述的一种用于测量高分子材料燃烧时内部温度变化的装置，其特征在于：所述的固定座（4）包括内外层设置的两个框体（8）和固定在框体（8）上部的方壳（9），两个框体（8）之间设置的夹层中设有阻燃保温层（83），框体（8）由底板（80）、顶板（82）以及用于垂直连接底板（80）和顶板（82）三个侧边的侧板（81）组成，其中，顶板（82）兼做方壳（9）的底壁，内层框体的其中一个侧板的内壁上固定有刻度尺（12）；所述的排烟装置（53）设在方壳（9）中，顶板（82）上设有聚烟罩（15）和与排烟装置（53）对应设置的排烟口（10），且顶板（82）上对应框体开口的位置设有挡烟板（11）。

9.根据权利要求1所述的一种用于测量高分子材料燃烧时内部温度变化的装置，其特征在于：所述的固定座（4）和数字记录仪（6）上对应设有多个热电偶补偿导线接头。

10.根据权利要求1所述的一种用于测量高分子材料燃烧时内部温度变化的装置，其特征在于：所述的固定座（4）上还设有计时器（13）。