豎直固定的熱塑性材料熔融滴落引燃實驗平臺的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種豎直固定的熱塑性材料熔融滴落引燃實驗平臺，包括輻射源支架(1#)、輻射加熱源(2#)、試樣架(3#)和稱量系統(4#)，能夠通過輻射源對豎直固定的試樣進行加熱，可分別研究無電火花自然引燃以及電火花引燃兩種不同工況，并通過兩個電子天平同時測量材料整體的質量變化以及熔融滴落部分的質量變化，利用熱電偶及熱流計測量材料表面溫度及熱流分布規律。在輻射加熱過程中，通過測量豎直固定的熱塑性材料在不同點火方式、不同輻射強度等因素影響下的點燃時間、質量及溫度的變化情況來研究熱塑性材料的熔融滴落引燃特性。該實驗平臺對研究建筑外墻有機保溫材料點燃及燃燒行為有重要意義。
【專利說明】豎直固定的熱塑性材料熔融滴落引燃實驗平臺
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于消防安全【技術領域】，具體針對典型有機建筑外墻外保溫系統中熱塑性材料(XPS，EPS)在豎向輻射加熱條件下熔融滴落引燃特性的實驗平臺。
【背景技術】
[0002]隨著社會經濟的飛速發展和人民生活品質的不斷提高，人們對能源的需求也日益增長。“節能減排”已成為保證我國國民經濟可持續發展的重要舉措，而建筑節能是其中尤為重要的一環。然而，由于缺乏相應的防火法規和相關火災風險的評估，大量可燃、易燃的外墻保溫材料被用于大型公共建筑和高層建筑，導致近年來火災事故時有發生，嚴重威脅了人民生命和財產安全，造成了負面的社會影響。調研結果顯示，以EPS，XPS薄抹灰系統為代表的有機外墻外保溫系統在外墻外保溫系統占大部分，并具有較高的火災危險性，研宄EPS，XPS這類典型熱塑性材料以及其在外墻外保溫系統中的受熱引燃規律具有很強的現實意義。
[0003]現有標準中主要有IS05660的錐形量熱儀規范，但是僅考慮了試樣水平放置條件下的受熱引燃規律，不適合研宄試樣在豎向受熱條件下由于重力作用導致的熔融滴落對其受熱引燃的影響作用，對于研宄外墻外保溫系統的火災危險性難以考慮真實的環境條件。現有技術中相近文件如專利申請號200910184963.0 (申請公布號CN 101696888 A)公開了一種火災實驗裝置，其僅考慮了室內溢流情況對建筑物外壁面的影響；燃燒小室體積不可變；研宄側重點不同:對比文獻資料側重室內溢流對于斜坡上的其它建筑壁面的影響。專利申請號201310323651.X(申請公布號CN 103389254 A)也提到了一種外加輻射條件下的保溫材料火蔓延特性實驗裝置，但是該裝置主要針對材料引燃之后的火蔓延行為，樣品表面無法獲得均勻的輻射熱流，其內部的熱傳遞行為是復雜的三維熱傳導，不是厚度方向的一維熱傳導過程；此外該實驗裝置的樣品架和輻射源之間布置了測試天平和流淌槽，兩者的間距調節受到限制，樣品表面無法獲得高強度的輻射熱流。
【發明內容】
[0004]本實用新型主要考慮了在豎向輻射加熱條件下，外墻外保溫系統中熱塑性材料有無保護層、材料厚度對其受熱收縮，熔融滴落，熱解引燃的影響，分析其質量變化與樣品表面及內部溫度變化的關系。
[0005]本實用新型采用的技術方案為:一種豎直固定的熱塑性材料熔融滴落引燃實驗平臺，其特征在于:包括可調節輻射源支架1#、輻射加熱源2#、試樣架3#和稱量系統4#，其中輻射加熱源2#豎直固定于輻射源支架1#，稱量系統4#位于試樣架3#的正下方，輻射源支架1#和試樣架3#面對面放置且相互間距離可任意調整；
[0006]溫度采集系統具體通過布置在試樣軸線上的多組熱電偶，測量試樣表面的溫度以及試樣背面的溫度的變化；每組熱電偶由2根直徑1_的熱電偶組成；2根熱電偶分別布置在試樣的表面及背面；
[0007]該輻射源支架高度為1100mm，底座深度為450臟，寬度為300mm ；
[0008]該福射加熱源高775mm，寬300mm，厚60mm ；
[0009]該試樣架通過凹槽來固定實驗樣品，該凹槽表面尺寸為400mm高，10mm寬。
[0010]本實用新型與現有技術相比的優點在于:
[0011]I)、本實用新型結合當前建筑外墻有機保溫材料(熱塑性材料)輻射受熱后會熔融滴落的特征，將研宄對象豎直固定于試樣架，可研宄其熔融滴落引燃行為；
[0012]2)、該平臺利用標準可調的電輻射源對豎直固定的樣品進行輻射加熱；
[0013]3)、該平臺考慮了無電火花自然引燃和電火花引燃的兩種場景；
[0014]4)、該平臺能夠同步測量樣品整體質量變化以及熔融滴落部分樣品質量變化；
[0015]5)、該平臺能夠測量熱塑性材料熔融滴落過程中表面以及內部溫度變化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為實驗平臺總圖；
[0017]圖2為輻射源支架側視圖；
[0018]圖3為輻射源正視圖；
[0019]圖4為試樣支架及電子天平斜45°角示意圖；
[0020]圖5為溫度測量系統熱電偶布置位置的正視及側視圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖對本實用新型進一步說明。
[0022]本實用新型主要由1#、2#、3#、4#總計4部分組成，如圖1所示。輻射加熱源2#通過4個螺絲豎直固定于輻射源支架1# ;稱量系統4#位于試樣架3#的正下方，其中大電子天平與試樣架相接觸，用于測量試樣整體質量變化，小電子天平與試樣架未接觸，通過收集槽測量熔融滴落部分樣品質量變化；輻射源支架1#和試樣架3#面對面放置且相互間距離可任意調整。
[0023]1#為輻射源支架，如圖2所示。輻射源支架高度為1100mm，底座深度為450mm，寬度為300mm。支架由碳鋼加工制造，并在支架上方有4個孔槽，能夠同福射板結合調節福射板的高度。
[0024]2#為輻射源，如圖3所示。該輻射源高775mm，寬300mm，厚60mm，由15根豎向布置的石英電熱管2-1#以及墊片等組成，單根電熱管可以提供2.5kff的功率輸出，總計可以提供37.5kff的功率輸出，并配備有調功器可以調節輻射板輸出不同的輻射功率，滿足在不同距離、不同輻射強度條件下的實驗要求.’2-2#為采用陶瓷纖維板制作的側面以及背面的絕緣隔熱裝置，可以盡可能的保證輻射的功率更多的到達試樣表面，提高輻射加熱板的效率；2-3#為不銹鋼外殼，起到固定的作用。輻射源通過4個螺絲固定于輻射源支架，并且可以根據實驗要求調節輻射板高度，滿足對不同高度位置處的試樣加熱的要求。
[0025]3#為試樣架，如圖4所示。主要通過凹槽3-1#來固定實驗樣品，并通過可調節螺栓來滿足不同厚度試樣的要求，其中凹槽表面尺寸為400mm高，10mm寬，樣品表面尺寸遠小于輻射源尺寸以保證實驗過程中樣品表面輻射強度均勻；樣品四周由陶瓷纖維板制作的圍護結構3-2#，以保證試樣的四周以及背面的絕熱環境。
[0026]4#稱量系統，如圖4所示。主要用于稱量試樣質量及滴落質量的裝置，由2個電子天平及支架結構構成，以保障同步稱量系統質量及滴落質量的變化。其中大電子天平4-1#位于試樣架正下方，與試樣架直接接觸；小電子天平4-2#位于試樣架的側后方，并通過一個金屬支架將收集熔融滴落樣品的收集槽延伸至樣品下方，與整個試樣架系統無任何接觸。
[0027]溫度測試裝置見圖5，主要測量不同高度位置試樣背面以及表面的溫度，熱電偶組由2根直徑Imm的熱電偶組成，位置見附圖5中的標注，分別布置于樣品表面以及樣品背面測量其在輻射加熱條件下的溫度變化情況。
[0028]如圖1所示，首先標定輻射源與試樣表面之間的距離，并將其作為實驗的初始參數，然后將試樣固定于圖1標注的3#實驗裝置上，試樣周圍均為纖維板制作的隔熱層，保證試樣的側面四周以及背面為絕熱的環境，質量測量由實驗臺下方的收集槽來收集試樣熔融滴落的部分，并由標注的4-1#和4-2#電子天平同步測量總質量及熔融滴落部分的質量變化。溫度測量布置熱電偶位置如圖5中所示的多組豎向排列的熱電偶組測量，熱電偶的布置方式詳圖見圖5，其每個熱電偶組有2根熱電偶組成分別布置在試樣的表面及背面，試樣背面的陶瓷纖維板后部裝備有旋轉螺絲，可以調節試樣背面陶瓷纖維板的位置，滿足不同厚度試樣的實驗要求。
【權利要求】
1.一種豎直固定的熱塑性材料熔融滴落引燃實驗平臺，其特征在于:包括輻射源支架(丄#)、輻射加熱源(2^)、試樣架伽)和稱量系統(4^),其中輻射加熱源⑶)豎直固定于輻射源支架(⑶)，稱量系統⑷)位于試樣架伽)的正下方，輻射源支架⑶和試樣架伽)面對面放置且相互間距離可任意調整； 溫度采集系統具體通過布置在試樣軸線上的多組熱電偶，測量試樣表面的溫度以及試樣背面的溫度的變化；每組熱電偶由2根直徑1皿的熱電偶組成；2根熱電偶分別布置在試樣的表面及背面； 該輻射源支架“#)高度為1100臟，底座深度為450臟，寬度為300臟；
該福射加熱源(2^)高 775111111，寬 300111111，厚 60111111 ； 該試樣架⑶)通過凹槽(3-0)來固定實驗樣品，該凹槽(3-0)表面尺寸為400111111高，100臟寬。
【文檔編號】G01N5/00GK204203144SQ201420433532
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年8月1日 優先權日:2014年8月1日
【發明者】程旭東, 許磊, 楊暉, 劉長城, 侯亞楠, 張和平 申請人:中國科學技術大學