随着当前人们环保意识的增强,木质板材因具有无污染、纹理优美以及易加工等特点受到人们的普遍喜爱。然而,当前世界森林资源日益减少,可采木材严重不足。中密度板作为一种替代木材产品的环保型建材进入了人们的视线。但是,作为一种木质材料,中密度板在建筑领域的广泛使用给建筑的室内防火埋下了巨大的火灾安全隐患。这就促使中密度板的热解作为燃烧的初始阶段,在火灾研究中占据重要地位。事实上,作为一种复合材料,中密度板包含多种组分,除了主要组分纤维素、半纤维素和木质素外,还有树脂和少量的无机物质,导致中密度板的热解机理非常复杂。本文从构建中密度板热解模型、求解热解动力学参数、研究无机物质对中密度板热解影响的角度出发,对中密度板热解动力学进行了详细研究。本文的工作主要包括三个方面:第一,构建包含二次炭化反应的多组分热解模型。本文在研究中密度板热解时,考虑了中密度板中各组分树脂、纤维素、半纤维素和木质素的反应以及中间产物焦油的二次炭化反应。首先利用热重分析仪对中密度板进行了一系列升温速率从10℃/min至40 ℃/min的热重分析实验。通过对热重曲线的分析,将中密度板的热解过程分为对应于树脂,半纤维素,纤维素和木质素降解的四个阶段。然后应用差分进化优化算法(DE)对模型中的反应动力学参数进行优化。利用优化过的参数计算不同工况下中密度板的失重曲线,将计算结果与实验的质量分数(TG)和质量损失率(DTG)曲线进行比较,对比结果显示无论是TG曲线还是DTG曲线都与实验的数据吻合良好。且通过考虑与不考虑二次炭化反应的模型对比,包含二次炭化反应的模型能够更准确的预估中密度板热解产物的产量。因此,建立的分析中密度板热解的包含二次炭化反应的多组分模型是合理的。同时求解中密度板热解动力学参数的优化方法是可靠的。第二,研究氯化钾对中密度板热解动力学的影响。利用热重-红外联用设备对不同氯化钾负载浓度的中密度板样品进行了实验研究。研究发现氯化钾对中密度板的热解具有重要影响:中密度板初次热解阶段提前;气体产物CH4和C=O的释放随着氯化钾添加量的增加而减小,CO2和CO的释放随着氯化钾添加量的增加而增加;总的气体产量和炭产量随着氯化钾添加量增加而增加,焦油产量则减少。利用差分进化算法估算热解反应的动力学参数,分析发现初次热解阶段树脂、半纤维素和纤维素的反应活化能随氯化钾的浓度增加而减小,木质素反应的活化能受氯化钾的影响几乎可以忽略不计。在二次炭化阶段,焦油反应的活化能也随着氯化钾浓度的增加而减小。可以得出以下结论:钾的加入催化了树脂、半纤维素和纤维素的反应,对木质素的反应几乎没有影响,同时钾催化了焦油的二次炭化。第三,氯化钾对中密度板热解影响的数值模拟。基于以上建立的包含二次炭化反应的多组分热解模型和优化的动力学参数,应用Gpyro软件对不同氯化钾负载浓度的中密度板进行热解模拟。首先需要验证热解模型的有效性。分别从零维和一维的角度进行了多维度验证。利用Gpyro的热重分析模式模拟了不同氯化钾负载浓度下的中密度板热解的失重曲线。然后利用一维Gpyro对外部辐射为20 kW/m2的中密度板FPA实验进行了模拟。两个方面验证热解模型,模拟值与实验值均吻合良好。接着参考FPA实验,设计模拟工况,对不同氯化钾负载浓度的中密度板热解进行了模拟研究。模拟结果显示,随着氯化钾浓度的增加,固体表面温度达到温度峰值的时间变短。对于提取物树脂而言,氯化钾浓度增加,其开始降解的时间提前,反应速率增大,即氯化钾对树脂的降解反应起到催化作用。相似地,对生物质主要组分半纤维素和纤维素而言,随着氯化钾浓度的增加,它们开始分解的时间也提前,反应速率增大,氯化钾对半纤维素和纤维素的降解反应起到催化作用。而氯化钾对木质素的反应没有太大影响。中间产物焦油的反应速率随着氯化钾浓度的增加而增大,热解产物炭的产量也随之增大。从中密度板热解反应机理层面分析,氯化钾对中密度板热解的催化作用是初次热解和二次炭化反应的耦合效应。