CN113156046A - 一种高分子耐火阻燃材料的性能检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及材料耐火阻燃性能检测技术领域，具体来说是一种高分子耐火阻燃材料的性能检测装置及检测方法，所述性能检测装置包括耐火性能检测装置和阻燃性能检测装置，还包括与所述耐火性能检测装置和阻燃性能检测装置分别连接主控装置，所述主控装置用于控制耐火性能检测装置的火焰温度、火焰长度、火焰到样品间的距离和可燃气体流量，以及阻燃性能检测装置对样品的辐射照度。本发明所提供的一种高分子耐火阻燃材料的性能检测装置及检测方法，可以将大试样与小试样同时分别放入耐火性能检测装置和阻燃性能检测装置，同时对该材料的耐火性能和阻燃性能进行检测，同时检测所需的参数可以通过主控装置进行控制，保证检测符合检测标准。
Description
技术领域
本发明涉及材料耐火阻燃性能检测技术领域，具体来说是一种高分子耐火阻燃材料的性能检测装置及检测方法。
背景技术
如今随着节能环保、新材料、新能源技术的发展，在船舶制造、汽车制造以及建筑材料等工业领域对耐火阻燃性材料的性能有了更高的要求，急需耐火阻燃性材料提高特性以满足生产的需要，所以耐火阻燃性材料开始由单一向多样化发展，品种不断增加，性能也在不断提升。
目前，从耐火阻燃性材料的使用来看，他的前景非常广阔，对耐火阻燃性材料的检测是耐火耐火阻燃性材料不断发展的重要指示灯，不断指导着耐火阻燃性材料的性能改良，同时也渗透在耐火阻燃性材料的研发、生产、质量控制以及使用等各个方面。随着耐火阻燃性材料的发展，新的检测技术层出不穷，耐火阻燃检测的科学性和准确性影响着人们的认识水平，加强耐火阻燃性材料的检测能力，但是现有的技术当中，用于检测材料耐火阻燃性能的装置往往不能达到耐火耐火阻燃性材料评价体系中所需的检测要求，难以对耐火阻燃性能进行量化评估。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种具有精度高、安全性好和操作方便且可以同时测试的耐火阻燃材料性能检测装置，因此能帮助用户在检测中清楚地了解材料的耐火阻燃性能。
为了实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种高分子耐火阻燃材料的性能检测装置，该装置包括耐火性能检测装置和阻燃性能检测装置，还包括与所述耐火性能检测装置和阻燃性能检测装置分别连接主控装置，所述主控装置用于控制耐火性能检测装置的火焰温度、火焰长度、火焰到样品间的距离和可燃气体流量，以及阻燃性能检测装置对样品的辐射照度。
本发明还具有如下优选的技术方案：
进一步的，所述耐火性能检测装置包括燃烧检测箱，所述燃烧检测箱内包括高温火焰喷射系统和主控系统，所述高温火焰喷射系统对应设有待测耐火材料，所述燃烧检测箱侧壁内侧上设有延伸至高温火焰喷射系统喷口的电火花打火器；所述高温火焰喷射系统上方设有温度监控系统；所述主控系统与所述高温火焰喷射系统连接，包括转子流量计和位移控制器，用于控制高温火焰喷射系统的气体流量以及到所述待测耐火材料的距离。
进一步的，所述阻燃性能检测装置包括，
锥型量热系统，所述锥型量热系统包括锥型螺旋加热线圈和一三角支架，所述锥型螺旋加热线圈固定在三角支架的上板上，所述锥型加热线圈上设有温度探测器，所述三角支架上设有电火花打火器，所述三角支架的下板为载物板，所述载物板下方设有升降机，所述载物板可沿所述三角支架上下移动；
热辐射监控系统，所述热辐射监控系统包括通过连杆固定在所述三角支架上的热流器，所述热流器连接一循环水箱，通过水循环以降低热流计本身的温度，以保护热流计。
进一步的，还包括与所述耐火性能检测装置连接的冷却装置。
本发明的另一方面，提供了一种高分子耐火阻燃材料的性能检测方法，包括以下步骤：
S1.将试验样品按测试要求分为大试样和小试样；
S2.将大试样放入耐火性能测试装置，高温火焰喷射系统根据耐火测试要求喷出火焰，持续60秒后，记录大试样的持续燃烧时间；
S3.重复步骤S2，直至所述大试样被烧穿，记录烧穿所需的总时间，并记录大试样随时间的变化；
S4.将小试样放入阻燃性能测试装置，锥型量热系统根据阻燃测试要求，对小试样进行热辐射，记录小试样被点燃的时间。
进一步的，所述步骤S2中，包括以下步骤：
S21、通过通过调节主控系统的转子流量计调节火焰温度并通过温度监控系统对高温火焰喷射系统喷出的火焰进行测温，使火焰温度达到耐火测试的要求；
S22、通过转子流量计确定可燃气体和氧气的通气速率，在测试过程中调节转子流量计使两种气体保持所述通气速率，以保证火焰温度在测试过程中不变；
进一步的，所述步骤S4中，包括以下步骤：
S41、通过温度探测器对锥型螺旋加热线圈的温度进行调节，使其达到阻燃测试要求；
S42、通过热流计，对锥型螺旋加热线圈的热辐射强度进行检测，进一步调节所述锥型螺旋加热线圈达到阻燃测试要求；
S43、将经过进一步调节的锥型螺旋加热线圈的温度与阻燃测试要求的温度进行比较，判断锥型螺旋加热线圈的老化程度。
进一步的，所述步骤S3还包括以下步骤：
S31、通过冷却系统保持高温火焰喷射系统不过热；
进一步的，所述步骤S43后还包括以下步骤：
S44、通过循环水箱降低热流计本身的温度。
发明的有益效果
本发明所提供的一种高分子耐火阻燃材料的性能检测装置及检测方法的优点包括：通过将样品分成一个大试样和若干小试样，可以将大试样与小试样同时分别放入耐火性能检测装置和阻燃性能检测装置，同时对该材料的耐火性能和阻燃性能进行检测，同时检测所需的参数可以通过主控装置进行控制，保证检测符合检测标准。
附图说明
图1示例性示出了本发明的耐火性能检测装置连接主控装置的结构示意图；
图2示例性示出了本发明的阻燃性能检测装置连接主控装置的结构示意图；
图3示例性示出了本发明的耐火性能检测装置的耐火试验结果。
图中：11.燃烧测试箱；12.高温火焰喷射系统；13.温度监控系统；14.制冷系统；15.排气系统；16.电火花打火器；17.齿轮轨道；121.可燃气体供气瓶； 122.氧气供气瓶；21.第一温度探测器；22.第二温度探测器；23.第三温度探测器；24.升降机；25.升降机开关；26.循环水箱电机；27.排气系统；28.锥型螺旋加热线圈；29.电火花打火器；210.循环水箱；211.热流器；3.主控装置；31. 氧气转子流量计；32.液化丙烷燃料转子流量计。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明，这种装置的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用创新型中的具体含义。
参见图1，该耐火性能测试设备主要包括燃烧测试箱、高温火焰喷射系统、温度监控系统、主控装置、制冷系统、排气系统。
燃烧测试箱为一顶部开口的长条形箱子，其通过隔板分为两个部分：燃烧测试部和控制部，其中，燃烧测试部的一端设有所述高温火焰喷射系统的火焰喷射器，另一端用于固定待测样品。所述控制部内设有所述主控装置。
高温火焰喷射系统由不锈钢材料构成，包括具有喷火嘴的火焰喷射器，产生高温火焰。在所述燃烧测试箱外，火焰喷射器连接有两供气气瓶，其中一个供气气瓶为可燃气体供气瓶，另一个为氧气供气瓶，喷火嘴后侧可以引入制冷系统，用于降低火焰燃烧而产生的温度，可以大大提高试验的安全性能，喷火嘴内侧壁上固定一个电火花打火器，该电火花打火器可以由程序控制进行移动、打火，打火的时间间隔可以是1次/2秒，火焰喷射器下方可以安装一个可移动的齿轮轨道，该齿轮轨道可以由伺服电机进行程序驱动，用于控制火焰喷射器的喷火嘴位置变化。
温度监测系统安装在燃烧测试部靠近火焰喷射器一端，采用程序控制，装有传感器的测温探头通过线路与电脑相连，起到对火焰温度的实时监控。在本实施例中，测温探头采用的是红外线感应探头，红外测温仪的测温原理是黑体辐射定律。由于自然界中一切高于绝对零度的物体都在不停向外辐射能量，物体向外辐射能量的大小及其波长的分布与它的表面温度有着十分密切的联系，物体的温度越高，所发出的红外辐射能力越强。具体的，用户可以根据自身情况进行组装，更好的达到个性化使用目的。
在所述燃烧测试箱的燃烧测试部的下方，设有与所述火焰喷射器喷口连接的冷却系统，所述冷却系统包括一循环水箱，所述循环水箱用于防止火焰喷射器喷口温度过高造成安全隐患。
排气系统由不锈钢材料构成，固定在燃烧检测箱的开口上方，外接有抽风过滤系统，用于排出燃烧产生的废气与颗粒物。
主控装置安装在控制部内，可以通过程序控制进行操作，也可以是通过人工手动进行操作，用于控制气体的流速和火焰喷射器的移动。在本实施例中，主控装置可以包括开关系统、位移控制系统，氧气转子流量计和液化丙烷燃料转子流量计，其中开关系统可以控制火焰喷射器启动和关停，位移控制系统可以控制火焰喷射器在所述导轨上移动，转子流量计可以分别控制可燃气体和氧气的流速，进而控制火焰的强弱程度，即火焰温度的高低。
参见图2，上述主控装置还可以与阻燃性能测试设备连接，包括锥型量热系统和热辐射监测系统，所述锥型量热系统包括加热系统和自动升降系统。
所述加热系统由不锈钢材料构成，用于加热产生热辐射，外侧是一个不锈钢罩子，起到保护作用。示例性的，加热系统可以包括锥型螺旋加热线圈，所述锥型螺旋加热线圈为呈梯度型螺旋状延伸的线圈，其中线圈的直径可以为 10～15mm，所述线圈安装在支架的上板上，在螺旋线圈的顶部位置最大的圆周上可以分别连接有3个温度探测器，分别为图1中的温度探测器1、温度探测器2 和温度探测器3，并且每个温度探测器之间的夹角为120o，用于监控线圈的加热温度和热辐射的稳定性。
所述自动升降系统包括自动升降机，所述自动升降机连接上述支架的下板，所述下板为承载板，可以用于承载样品，所述下板可以沿着所述支架上下移动。
所述热辐射监控系统由金属材质的热辐射监控装置和制冷装置构成，热辐射监控装置用于监控测试样品区域的热辐射值，制冷装置起到保护热流计的作用。示例性的，热辐射监控系统可以包括耐高温热流计和循环水箱，其中热流计是可以从市场上购买的常见的耐高温热流计，且热流计中含有金属双管，用于水循环以降低热流计本身的温度，起到保护热流计的作用。循环水箱可以包括至少1个规格不定的马达，为水循环提供动力，用于循环的水可以是自来水，管道可以为非金属软管，用于连接热流计和水箱之间的水循环。
在与阻燃性能测试设备连接时，用于控制加热速率和加热温度。手动主控装置可以包括开关T、温度调控H和3个温度显示屏幕，对应温度探测器1、2、 3，其中开关T可以控制装置的启动和关停，温度调控H可以控制加热速率，即热辐射强度，温度显示屏可以时刻显示加热器附近的温度。
在具体的耐火阻燃性能测试中，根据IMO MSC/Circ.1006-2001规范进行耐火阻燃性能测试，样品名称为玻璃钢样板，将样品分为450×450mm的大试样一块，和100mm×100mm的正方形小试样3块，具体的组成如表1所示：
表1
厚度为4.95mm，颜色为橙黄色胶衣+树脂本色。
试验环境：相对湿度50％，温度23℃
样品调节：对于阻燃试验，按IMO MSC/Circ.1006-2001规范中3.1规定：试样应在30℃的条件下，接受能量约为300MJ/m2的自然紫外光的辐照，其中潮湿时间占整个前处理时间的20％左右；
对于耐火试验，按IMO MSC/Circ.1006-2001规范中4.1规定：试样在自然环境下应先在固化21天，然后继续放置30天。
同时进行阻燃试验和耐火试验，阻燃试验和耐火试验的试验条件与流程如下：
阻燃试验试验条件：阻燃试验中所用到得锥形辐射器构造应同ISO 5660-1-2005，辐射照度为50kW/m2。
耐火试验试验条件：试验仪器应能喷出最高温度约1600℃，长约200mm 的蓝色丙烷火焰，并控制丙烷流量为每小时4.110公斤，试验气体压力0.2MPa。
阻燃试验流程：在50kW/m2辐射照度下，记录试样起火的时间或者10分钟之内未起火。耐火试验流程：在火焰接触试样中心开始计时，在60秒后移开火源并记录火焰在试样继续燃烧的时间，在火焰完全熄灭之后继续试验，直至试样被烧穿。试验中试样的变化应被详细的记录。
由于阻燃试验和耐火试验分别需要对辐射照度以及火焰温度进行控制，一方面在阻燃试验中，由于加热用的锥型辐射器存在长期使用产生老化的可能，而老化的锥型辐射器即使达到了阻燃试验要求的温度，其提供的辐射照度也无法满足具体试验的要求。另一方面在耐火试验中，由于火焰温度高，且整个耐火试验的试验时间较长，对于火焰温度的检测装置容易产生过热的情况，造成在实验过程中火焰温度会产生波动，这样会对试验结果造成一定的误差。
因此在通过本发明所提供的设备进行实验时，通过下述方法以避免上述问题。
首先，在耐火试验中，通过调节主控系统的转子流量计调节火焰温度并通过温度监控系统对高温火焰喷射系统喷出的火焰进行测温，使火焰温度达到耐火测试的要求，并通过转子流量计确定可燃气体和氧气的通气速率，在测试过程中调节转子流量计使两种气体保持所述通气速率，以保证火焰温度在测试过程中不变。
其次，在阻燃试验中，通过温度探测器对锥型螺旋加热线圈的温度进行调节，使其达到阻燃测试要求；通过热流计，对锥型螺旋加热线圈的热辐射强度进行检测，进一步调节所述锥型螺旋加热线圈达到阻燃测试要求；将经过进一步调节的锥型螺旋加热线圈的温度与阻燃测试要求的温度进行比较，判断锥型螺旋加热线圈的老化程度。
在保证了火焰温度以及热辐射设备老化程度符合要求后，对上述产品的试验结果如下：
根据IMO MSC/Circ.1006-2001的规定，阻燃试验结果如表2所示：
| 试样编号 | 被点燃时间(秒) |
| 1 | 80 |
| 2 | 74 |
| 3 | 70 |
| 平均 | 75 |
表2样品点燃时间
试样在试验结束后，表面均略微发黄，平均被点燃时间为：75秒。
根据IMO MSC/Circ.1006-2001中规定的指标：阻燃试验中，试样的平均被点燃时间不得低于40秒，该试样通过IMO MSC/Circ.1006-2001中所规定的阻燃试验。
耐火试验结果如表3和图3所示，
表3
参见图3，图中第一个峰值的点(图中第一个小圈处)为火焰接触1分钟后，移开火源时的温度。第二个骤降到最低的点(图中第二个小圈处)为试样表面火焰完全熄灭后，火源重新接触试样时的温度。
图中拨动曲线的最低点(图中第三到第六个小圈处)为温度骤降点，原因可能为试样中的玻璃纤维吸热达到其熔点，此时有熔融态的玻璃滴落。
图中黑色的点(图中最后一个小圈处)为烧穿点，由图可见试样烧穿后温度迅速下降。火源于试样烧穿之后移走。
本试验中的试样在1分钟火焰灼烧撤去火焰后，继续燃烧时间为6秒。
IMO MSC/Circ.1006-2001标准中的规定指标：耐火试验中试样在1分钟火焰灼烧撤去火焰后，继续燃烧时间不得超过30秒。
综上所述，该试样通过IMO MSC/Circ.1006-2001中所规定的耐火试验。
通过本发明的检测方法，可以将整体的性能检测时间减少将近一半，使得性能检测效率获得极大地提升，同时可以保证性能检测过程中的各项试验参数准确无误，都可以满足对应的试验标准。
以上所述，仅为此发明的具体实施方式，但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案和新型的构思加于等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高分子耐火阻燃材料的性能检测装置，其特征在于，包括耐火性能检测装置和阻燃性能检测装置，还包括与所述耐火性能检测装置和阻燃性能检测装置分别连接主控装置，所述主控装置用于控制耐火性能检测装置的火焰温度、火焰长度、火焰到样品间的距离和可燃气体流量，以及阻燃性能检测装置对样品的辐射照度。
2.如权利要求1所述的一种高分子耐火阻燃材料的性能检测装置，其特征在于，所述耐火性能检测装置包括燃烧检测箱，所述燃烧检测箱内包括高温火焰喷射系统和主控系统，所述高温火焰喷射系统对应设有待测耐火材料，所述燃烧检测箱侧壁内侧上设有延伸至高温火焰喷射系统喷口的电火花打火器；所述高温火焰喷射系统上方设有温度监控系统；所述主控系统与所述高温火焰喷射系统连接，包括转子流量计和位移控制器，用于控制高温火焰喷射系统的气体流量以及到所述待测耐火材料的距离。
3.如权利要求1所述的一种高分子耐火阻燃材料的性能检测装置，其特征在于，所述阻燃性能检测装置包括，
锥型量热系统，所述锥型量热系统包括锥型螺旋加热线圈和一三角支架，所述锥型螺旋加热线圈固定在三角支架的上板上，所述锥型加热线圈上设有温度探测器，所述三角支架上设有电火花打火器，所述三角支架的下板为载物板，所述载物板下方设有升降机，所述载物板可沿所述三角支架上下移动；
热辐射监控系统，所述热辐射监控系统包括通过连杆固定在所述三角支架上的热流器，所述热流器连接一循环水箱，通过水循环以降低热流计本身的温度，以保护热流计。
4.如权利要求1～3任一所述的一种一种高分子耐火阻燃材料的性能检测装置，其特征在于，还包括与所述耐火性能检测装置连接的冷却装置。
5.一种高分子耐火阻燃材料的性能检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将实验样品按测试要求分为大试样和小试样；
S2.将大试样放入耐火性能测试装置，高温火焰喷射系统根据耐火测试要求喷出火焰，持续60秒后，记录大试样的持续燃烧时间；
S3.重复步骤S2，直至所述大试样被烧穿，记录烧穿所需的总时间，并记录大试样随时间的变化；
S4.将小试样放入阻燃性能测试装置，锥型量热系统根据阻燃测试要求，对小试样进行热辐射，记录小试样被点燃的时间。
6.如权利要求4所述的一种高分子耐火阻燃材料的性能检测方法，其特征在于，所述步骤S2中，包括以下步骤
S21、通过调节主控系统的转子流量计调节火焰温度并通过温度监控系统对高温火焰喷射系统喷出的火焰进行测温，使火焰温度达到耐火测试的要求；
S22、通过转子流量计确定可燃气体和氧气的通气速率，在测试过程中调节转子流量计使两种气体保持所述通气速率，以保证火焰温度在测试过程中不变。
7.如权利要求4所述的一种高分子耐火阻燃材料的性能检测方法，其特征在于，所述步骤S4中，包括以下步骤
S41、通过温度探测器对锥型螺旋加热线圈的温度进行调节，使其达到阻燃测试要求；
S42、通过热流计，对锥型螺旋加热线圈的热辐射强度进行检测，进一步调节所述锥型螺旋加热线圈达到阻燃测试要求；
S43、将经过进一步调节的锥型螺旋加热线圈的温度与阻燃测试要求的温度进行比较，判断锥型螺旋加热线圈的老化程度。
8.如权利要求4所述的一种高分子耐火阻燃材料的性能检测方法，其特征在于，所述步骤S3还包括以下步骤：
S31、通过冷却系统保持高温火焰喷射系统不过热。
9.如权利要求6所述的一种高分子耐火阻燃材料的性能检测方法，其特征在于，所述步骤S43后还包括以下步骤：
S44、通过循环水箱降低热流计本身的温度。
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