建材表面阻隔層傳質特性參數測定用實驗系統的製作方法
2023-12-04 21:53:11 1
專利名稱：建材表面阻隔層傳質特性參數測定用實驗系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於室內環境檢驗領域，特別涉及一種用於測定建材表面阻隔層傳質特性參數 的實驗系統。
背景技術：
很多室內建材諸如地毯、人造板等會大量釋放有機揮發物(voc)。 voc嚴重負面影響 人們的舒適、健康和工作效率。因此，如何有效控制建材的voc散發受到越來越多的關注。
其中，在建材表面覆蓋阻隔層(如浸漬紙、PVC膜、油漆等)被認為是一種比較有潛力的方
法。但是，鮮有工作對常見阻隔層的傳質特性參數包括擴散係數和分離係數進行測定。這
就使覆有阻隔層的建材的voc散發狀況難以利用傳質模型進行預測，同時難以選擇合適的
阻隔層來設計低散發建材。文獻中常用的雙艙法是將待測阻隔層放在上下兩個靜態環境艙 的開口之間，在其中一個靜態環境艙內注入有禾幾揮發物，然後同時檢測兩個環境艙中的有
機揮發物濃度變化，最後通過耦合求解出該阻隔層的傳質特性參數擴散係數和分離係數。
它的不足是存在多解的風險，使結果具有不確定性。同時，雙艙法使用的環境艙體積一般
較大(30L-lm3)，測試靈敏度比較低。另外，傳統的VOC測試儀器(如氣相色譜儀GC)採樣量 較大，測試時間間隔較長，不能滿足快速檢測VOC濃度變化的要求。因此，有必要發展一 種快速靈敏的實驗系統對阻隔層的傳質特性參數進行測定。
發明內容
本發明的目的是為了克服已有實驗系統的不足，提供一種新型的用於測定建材表面阻 隔層的傳質特性參數的實驗系統，利用該實驗系統測定阻隔層具有測試精度和靈敏度高， 反應時間短，操作簡便等特點。
為實現上述目的，本發明提出的一種用於測定建材表面阻隔層傳質特性參數的實驗系 統，該實驗系統包括提供載氣的壓縮氣瓶，控制和計量空氣流量的流量控制器，通過載氣 的氣體散發腔，靜態環境艙，檢測voc濃度的質子傳遞反應質譜儀和排出多餘氣體的旁
通；其中，氣體散發腔與靜態環境艙上下放置；氣體散發腔的頂壁周邊開有兩個相對的進 氣口，頂壁中間開有出氣口，底部為開口狀；靜態環境艙底部安裝有攪拌風扇，頂部開有 與散發腔開口同樣大小的開口及採樣孔；所述流量控制器通過連接管路連接在壓縮氣瓶和 氣體散發腔的進氣口之間；質子傳遞反應質譜儀和排出多餘氣體的旁通分別通過連接管路 與氣體散發腔的出氣口相連；靜態環境艙的採樣孔通過連接管路也與質子傳遞反應質譜儀 相連。本發明的特點及效果-
本發明的實驗系統，採用氣體散發腔作為動態環境艙，由於其散發麵積與腔體體積之 比很大，故其出氣口的VOC濃度具有很高的靈敏度；同時，利用質子傳遞反應質譜儀檢測 VOC濃度，可以實現在線實時檢測，並且其檢測下限低，反應時間短。這些特點都有助於 快速靈敏地對阻隔層的傳質特性參數進行測定。
圖1為本發明的實驗系統的總體示意圖。
具體實施例方式
本發明提出的用於測定建材表面阻隔層傳質特性參數的實驗系統結合附圖及實施例 詳細說明如下
本發明的實驗系統總體示意圖，如圖1所示，該實驗系統包括提供載氣的壓縮氣瓶l， 控制和計量載氣流量的流量控制器2，通過載氣的氣體散發腔5，靜態環境艙13，檢測VOC 濃度的質子傳遞反應質譜儀8和排出多餘氣體的旁通9。其中，氣體散發腔5與靜態環境 艙13上下放置；氣體散發腔5的頂壁周邊開有兩個相對的進氣口3，頂壁中間開有出氣口 4，底部為開口狀；靜態環境艙底部安裝有攪拌風扇11，頂部開有與散發腔開口同樣大小 的開口及採樣孔12;所述流量控制器2通過連接管路連接在壓縮氣瓶1和氣體散發腔3的 進氣口之間；質子傳遞反應質譜儀8和排出多餘氣體的旁通9分別通過連接管路與氣體散 發腔的出氣口相連；靜態環境艙的採樣孔12通過連接管路也與質子傳遞反應質譜儀8相 連。
本發明的各部件的實施例詳細說明如下
本實施例的氣體散發腔5與靜態環境艙13通過兩塊不鏽鋼壓板6與8根螺栓7連接。 壓板厚度為5mm，螺栓公稱直徑為12mm。每塊壓板連接四根螺栓。
該氣體散發腔5為底部開口的微型圓形不鏽鋼腔體，其進氣口在腔體頂壁周邊，出氣 口在腔體頂壁中間，該氣體散發腔內徑150mm，外徑200mm，高度18mm，腔體體積為 35ml，擴散面積為0.0177m2，負載率(即散發麵積與腔體體積的比)高達506m々m3，保證 其出氣口的VOC濃度具有很高的靈敏度。
該靜態環境艙13呈圓柱形，內徑300mm，高度430mm，體積30L，由不鏽鋼材料制 造，同時拋光處理，儘量降低其壁面對VOC的吸附效應。
本實施例的質子傳遞反應質譜儀8(英文名稱PTRMS，型號IoniconAnalytik，生產 地奧地利)可以同時測試分子質量數在21 512的VOC，檢測下限低(約為30ppt)，反應 時間短(約為100ms)，能夠在線實時檢測VOC濃度。
本實施例的壓縮氣瓶1為通用壓縮氣瓶。
本實施例的流量控制器2型號為D08-3C/ZM，能夠控制和計量流量，並顯示流量數據。本實施例的旁通9為連接至室外的旁通管。 本實施例的系統中所有連接管路為聚四氟乙烯管。
採用本發明的系統的測定方法包括以下步驟
1) 將阻隔層10放在氣體散發腔和靜態環境艙的相對開口之間，用不鏽鋼壓板與螺栓
將氣體散發腔與靜態環境艙緊密連接，本實施例阻隔層厚度為0.15mm，實驗之前，阻隔 層放在控溫控溼的空間內用載氣吹掃處理至少兩天，以充分消除其中含有的有機揮發物；
2) 開啟壓縮氣瓶，載氣經過流量控制器後進入氣體散發腔。調整流量控制器控制空 氣流量到指定數值(一般為0.5~lL/min，本實施例中在向靜態環境艙注入VOC(例如甲醛) 之前，先用載氣衝刷氣體散發腔一段時間，以充分排出其中的殘留氣體)。同時，開啟質 子傳遞反應質譜儀，檢測氣體散發腔出氣口的VOC濃度，直到其在允許的範圍為止(如 10ppb以下)，多餘氣體經過旁通排到室外；
3) 將待測試的VOC用注入器從採樣孔注入靜態環境艙，同時開啟其中的攪拌風扇使 VOC濃度分布均勻。注入VOC的量控制在使靜態環境艙中的VOC濃度處於室內環境水 平( mg/r^量級)；
4) 質子傳遞反應質譜儀實時檢測氣體散發腔出氣口的VOC濃度，直至濃度達到平衡 狀態。判斷平衡狀態的原則可以設定為前後5次採樣數據平均值的相對誤差小於1%。當 氣體散發腔出氣口的VOC濃度達到平衡濃度後，改變連接管路，使之連接到靜態環境艙 的頂部採樣孔，再檢測靜態環境艙中的VOC濃度；
5) 所述步驟4)中氣體散發腔出氣口的實時VOC濃度C。w能夠表示為
(1)
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定義i^^-C。u,。，表示所述步驟4)中氣體散發腔出氣口 VOC的平衡濃度，則有
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式中，D為擴散係數，單位為1112/3;《為分離係數；f為時間，單位為S; Z為阻隔層 厚度，單位為m; g為載氣的流量，單位為m"s; ^為阻隔層面積，單位為m、 G為靜態 環境艙中的VOC濃度，單位為kg/m3。
6)將所述步驟4)中實時得到的氣體散發腔出氣口的V0C濃度用步驟5)中式(l)進 行最小二乘法擬合，得到VOC在阻隔層中的擴散係數D;然後，利用步驟5)中式(2)計 算得到VOC在阻隔層中的分離係數尺，從而實現了對VOC在阻隔層中傳質特性參數的測 定。
權利要求
1、一種用於測定建材表面阻隔層傳質特性參數的實驗系統，其特徵在於，該實驗系統包括提供載氣的壓縮氣瓶，控制和計量載氣流量的流量控制器，通過載氣的氣體散發腔，靜態環境艙，檢測有機揮發物濃度的質子傳遞反應質譜儀和排出多餘氣體的旁通；其中，氣體散發腔與靜態環境艙上下放置；氣體散發腔的頂壁周邊開有兩個相對的進氣口，頂壁中間開有出氣口，底部為開口狀；靜態環境艙底部安裝有攪拌風扇，頂部開有與散發腔開口同樣大小的開口及採樣孔；所述流量控制器通過連接管路連接在壓縮氣瓶和氣體散發腔的進氣口之間；質子傳遞反應質譜儀和排出多餘氣體的旁通分別通過連接管路與氣體散發腔的出氣口相連；靜態環境艙的採樣孔通過連接管路也與質子傳遞反應質譜儀相連。
2、 如權利要求1所述的實驗系統，其特徵在於，還包括置於所述氣體散發腔頂壁的 兩塊不鏽鋼壓板，穿過該兩塊不鏽鋼壓板將所述氣體散發腔與靜態環境艙連接成一體的多 根螺栓。
3、 如權利要求1所述的實驗系統，其特徵在於，所述氣體散發腔採用微型圓形不鏽 鋼腔體，腔體體積為35ml，擴散面積為0.0177m2。
4、 如權利要求1所述的實驗系統，其特徵在於，所述靜態環境艙為不鏽鋼材料製造 的圓柱形環境艙。
全文摘要
本發明涉及建材表面阻隔層傳質特性參數測定用實驗系統，屬於室內環境檢驗領域，該實驗系統包括壓縮氣瓶，流量控制器，氣體散發腔，靜態環境艙，質子傳遞反應質譜儀和旁通；氣體散發腔與靜態環境艙上下放置；氣體散發腔的頂壁周邊開有兩個相對的進氣口，頂壁中間開有出氣口，底部為開口狀；靜態環境艙底部安裝有攪拌風扇，頂部開有與散發腔開口同樣大小的開口及採樣孔；流量控制器通過連接管路連接在壓縮氣瓶和氣體散發腔的進氣口之間；質子傳遞反應質譜儀和排出多餘氣體的旁通分別通過連接管路與氣體散發腔的出氣口相連；靜態環境艙的採樣孔通過連接管路也與質子傳遞反應質譜儀相連。本發明的實驗系統測試精度和靈敏度高，反應時間短，操作簡便。
文檔編號G01N27/62GK101650338SQ20091009217
公開日2010年2月17日 申請日期2009年9月4日 優先權日2009年9月4日
發明者何中凱, 張寅平, 蔚文娟 申請人:清華大學