一种橡胶材料热解成分测试装置及方法与流程

本发明属于橡胶材料性能检测技术领域，具体涉及一种橡胶材料热解成分测试装置及方法。

背景技术：

橡胶材料广泛用于电力系统、石油化工、工业制造等生产生活领域，如：在电力系统中，橡胶可以保护电力系统安全稳定的运行，然而在电力系统出现故障时，由于线路的发热，会使保护线路的橡胶材料受热分解产生大量气体，在受热温度不同时，其气体分解产物也不同。目前，在实验室尚未有测试橡胶材料在多少温度时分解产生气体以及不同温度下的气体产物的装置，以实现对橡胶材料产品性能的检验及相关改进设计。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、便于操作、测试范围大且数据精确的橡胶材料热解成分测试装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种橡胶材料热解成分测试装置，包括加热炉、电加热棒、流量计、气阀、温度传感器，进气管、出气管、电源、继电器、智能温控仪、光谱仪和载气瓶，加热炉的进气口通过进气管与载气瓶连接，流量计和气阀设置在进气管上，加热炉的出气口通过出气管与光谱仪的气室连接，电加热棒和温度传感器均设置在加热炉内，电源通过继电器与电加热棒连接，电源与继电器之间设有开关，智能温控仪的信号输入端与温度传感器连接，智能温控仪的信号输出端与继电器连接。

加热炉包括水平设置的底座，底座上设有圆筒形的炉体，炉体顶部设有炉盖，底座、炉体和炉盖采用耐高温材料制成，底座上表面设有顶部敞口与炉体内部相通的圆形凹槽，圆形凹槽内设有导热盘，底座和导热盘内沿水平方向设有两个加热棒插孔、一个温度传感器插孔和一个进气孔，电加热棒插设在加热棒插孔内，温度传感器插设在温度传感器插孔内，进气孔内螺纹连接有进气卡套接头，导热盘上开设有下端与进气孔连通的透气孔，进气卡套接头与进气管的出口连接，炉体上部设有出气孔，出气孔和进气孔分别位于炉体的相对两侧，出气孔螺纹连接有出气卡套接头，出气卡套接头与出气管的进口连接。

底座呈方形结构，底座的四角处分别设有一个安装孔，底座与炉体为一体结构，炉盖通过螺钉与炉体可拆卸连接，炉盖下表面与炉体上端面之间设有石墨垫圈。

一种橡胶材料热解成分测试装置的测试方法，包括以下步骤：

（1）制备橡胶材料；

（2）将橡胶材料放置到炉体内，合上炉盖并拧紧螺丝；

（3）开启载气瓶，载气瓶内的载气通过进气管进入到炉体内，将炉体内的空气通过出气管排出，通气一段时间后先进行背景扫描，在光谱仪测试栏直至“监控扫描”界面谱线成一条直线，则表示炉体内的载气完全置换了空气；

（4）开启开关和智能温控仪，电源通过继电器为两根电加热棒供电，电加热棒加热导热盘，导热盘对炉体内的橡胶材料进行加热，温度传感器监控加热的温度；

（5）橡胶材料的加热温度从低到高，通过智能温控仪设定不同梯度温度，并在温度的梯度节点稳定一段时间，在光谱仪测试栏观测到“监控扫描”界面开始出现谱线的吸收峰，则该温度为橡胶材料的分解温度；

（6）根据已测得的橡胶材料的分解温度，进行参比实验，以分解温度为最低限值，通过智能温控仪设定不同的梯度温度，在温度的梯度节点分别稳定一段时间，根据光谱仪“监控扫描”界面谱线的吸光度absorbance的变化，测得橡胶材料在不同温度下的气体分解产物。

温度的梯度为10℃，测得在130℃时开始产生氯化氢，在170℃时氯化氢生成速率最快；测得其他气体分解产物还有乙烯、氯乙烯、二氯乙烯和一氯甲烷。

步骤（1）的具体操作过程为：使用砂轮切割机将橡胶材料切割成块，块状的橡胶材料能放进炉体内即可，无需破碎处理，然后用丙酮反复清洗橡胶材料上的油污，直至清洗干净为止，消除有机油类对光谱谱线的干扰。

采用上述技术方案，本发明在进行测试实验前先打开载气瓶的气阀通入高纯氮气或其他惰性气体作为载气，用于排除加热炉内的空气，并以通入的载气作为检测气体分解产物的背景气体。光谱仪用于检测橡胶热分解气体产物的组成成分。电加热棒多导热盘进行加热，导热盘对炉体内放置的橡胶块进行加热，炉体、底座和炉盖均采用耐高温材料（可采用锆刚玉材质一体浇铸而成）制成，耐高温材料的耐高温温度可达到1500℃以上，而加热炉内橡胶被加热的最高温度仅仅几百度，因此不会对橡胶热分解气体产物产生干扰，加热炉的本体采用耐高温材料具有良好的保温性能，而且在实验过程中触碰到也不会烧伤。温度传感器用以监测加热炉内的温度，并将温度信号转换为电信号反馈给智能温控仪，智能温控仪通过控制继电器来达到对加热炉内温度的稳定控制。智能温控仪可以用来设定加热炉的温度，同时作为温控系统的控制器接收温度传感器的传递过来的温度信号，控制着继电器的通断，以达到对炉内温度的稳定控制。

底座四角处的安装孔用于将整个加热炉固定安装到实验台上。石墨垫圈镶嵌在炉体上端和炉盖底面直径，增加炉体内部的气密性，防止气体溢出。

综上所述，本发明原理科学、结构简单、操作简便，测试数据精确，可对不同的橡胶材料进行热解测试，测试出其热解气体分解物可对橡胶材料的性能进行检验，并可将检验结果应用于改进橡胶材料产品。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2是图1中加热炉的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1和图2所示，本发明的一种橡胶材料热解成分测试装置及方法，包括加热炉1、电加热棒2、流量计3、气阀20、温度传感器4，进气管5、出气管6、电源7、继电器8、智能温控仪9、光谱仪10和载气瓶11，加热炉1的进气口通过进气管5与载气瓶11连接，流量计3和气阀20设置在进气管5上，加热炉1的出气口通过出气管6与光谱仪10的气室连接，电加热棒2和温度传感器4均设置在加热炉1内，电源7通过继电器8与电加热棒2连接，电源7与继电器8之间设有开关21，智能温控仪9的信号输入端与温度传感器4连接，智能温控仪9的信号输出端与继电器8连接。

加热炉1包括水平设置的底座12，底座12上设有圆筒形的炉体13，炉体13顶部设有炉盖14，底座12、炉体13和炉盖14采用耐高温材料制成，耐高温材料（可采用锆刚玉材质一体浇铸而成）的耐高温温度可达到1500℃以上，而加热炉1内橡胶被加热的最高温度仅仅几百度，因此不会对橡胶热分解气体产物产生干扰，底座12上表面设有顶部敞口与炉体13内部相通的圆形凹槽，圆形凹槽内设有导热盘15，底座12和导热盘15内沿水平方向设有两个加热棒插孔、一个温度传感器插孔和一个进气孔，电加热棒2插设在加热棒插孔内，温度传感器4插设在温度传感器插孔内，进气孔内螺纹连接有进气卡套接头16，导热盘15上开设有下端与进气孔连通的透气孔，进气卡套接头16与进气管5的出口连接，炉体13上部设有出气孔，出气孔和进气孔分别位于炉体13的相对两侧，出气孔螺纹连接有出气卡套接头17，出气卡套接头17与出气管6的进口连接。

底座12呈方形结构，底座12的四角处分别设有一个安装孔18，底座12与炉体13为一体结构，炉盖14通过螺钉与炉体13可拆卸连接，炉盖14下表面与炉体13上端面之间设有石墨垫圈19。

一种橡胶材料热解成分测试装置的测试方法，包括以下步骤：

（1）制备橡胶材料；

（2）将橡胶材料放置到炉体13内，合上炉盖14并拧紧螺丝；

（3）开启载气瓶11，载气瓶11内的载气通过进气管5进入到炉体13内，将炉体13内的空气通过出气管6排出，通气一段时间后先进行背景扫描，在光谱仪10测试栏直至“监控扫描”界面谱线成一条直线，则表示炉体13内的载气完全置换了空气；

（4）开启开关21和智能温控仪9，电源7通过继电器8为两根电加热棒2供电，电加热棒2加热导热盘15，导热盘15对炉体13内的橡胶材料进行加热，温度传感器4监控加热的温度；

（5）橡胶材料的加热温度从低到高，通过智能温控仪9设定不同梯度温度，并在温度的梯度节点稳定一段时间，在光谱仪10测试栏观测到“监控扫描”界面开始出现谱线的吸收峰，则该温度为橡胶材料的分解温度；

（6）根据已测得的橡胶材料的分解温度，进行参比实验，以分解温度为最低限值，通过智能温控仪9设定不同的梯度温度，在温度的梯度节点分别稳定一段时间，根据光谱仪10“监控扫描”界面谱线的吸光度absorbance的变化，测得橡胶材料在不同温度下的气体分解产物。

温度的梯度为10℃，测得在130℃时开始产生氯化氢，在170℃时氯化氢生成速率最快；测得其他气体分解产物还有乙烯、氯乙烯、二氯乙烯和一氯甲烷等气体。

步骤（1）的具体操作过程为：使用砂轮切割机将橡胶材料切割成橡胶块，橡胶块能放进炉体13内即可，无需破碎处理，然后用丙酮反复清洗橡胶材料上的油污，直至清洗干净为止，消除有机油类对光谱谱线的干扰。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。