試樣的固定對(duì)織物燃燒性能測(cè)試結(jié)果的影響

溫 箐，羅勝利，馮 文，劉麗芳

(1.廣州纖維產(chǎn)品檢測(cè)研究院,廣東 廣州 511447；2.東華大學(xué),上海 201620)

試樣的固定對(duì)織物燃燒性能測(cè)試結(jié)果的影響

溫 箐1，羅勝利1，馮 文1，劉麗芳2

(1.廣州纖維產(chǎn)品檢測(cè)研究院,廣東 廣州 511447；2.東華大學(xué),上海 201620)

探討試樣的固定對(duì)織物燃燒性能的影響，采用錐形量熱儀對(duì)試樣在網(wǎng)格固定和無(wú)網(wǎng)固定2種情況下進(jìn)行燃燒性能測(cè)試，分析了采用網(wǎng)格固定對(duì)熱釋放速率等指標(biāo)的影響。結(jié)果表明，網(wǎng)格固定試樣可以提高測(cè)試結(jié)果的重現(xiàn)性，但隨著網(wǎng)格密度的增加熱釋放速率也相應(yīng)降低。

錐形量熱儀；織物；燃燒性能；網(wǎng)格固定

紡織產(chǎn)品在人們的日常生活中不可或缺，織物作為紡織產(chǎn)品的重要組成部分，其多數(shù)都屬于易燃物品，織物燃燒特性已成為火災(zāi)等級(jí)以及傷亡傷情的主要決定因素。因此，織物的消防安全性越來(lái)越受到社會(huì)各界的關(guān)心和重視，如何合理評(píng)價(jià)織物的燃燒危險(xiǎn)性、認(rèn)識(shí)火災(zāi)中織物燃燒的危害因素對(duì)進(jìn)行有效火災(zāi)防護(hù)極為重要[1]。

目前織物燃燒性能的評(píng)價(jià)方法有很多，包括氧指數(shù)法、垂直燃燒法、45°燃燒法以及水平燃燒法等，各方法適用范圍、測(cè)試原理、測(cè)試程序等均有所差異，采用不同測(cè)試方法獲得的結(jié)果不具有可比性。氧指數(shù)是表征材料本身阻燃特性的一個(gè)重要指標(biāo)，垂直燃燒法、45°燃燒法、水平燃燒法則是模擬織物在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中發(fā)生燃燒的情況，如是否易點(diǎn)燃、續(xù)燃時(shí)間、陰燃時(shí)間、損毀情況、燃燒速率等，但這些測(cè)試并不能反映在實(shí)際火災(zāi)中由于織物燃燒對(duì)人體產(chǎn)生的傷害，如煙氣使人窒息或中毒、熱量釋放使人體灼傷等情況。

采用錐形量熱儀測(cè)試材料的燃燒性能是近年來(lái)在阻燃材料研究領(lǐng)域應(yīng)用的一種先進(jìn)測(cè)試技術(shù)[2]，可同時(shí)獲得材料燃燒時(shí)有關(guān)熱、煙、質(zhì)量變化及煙氣組分等多種重要信息，并與燃燒試驗(yàn)結(jié)果之間存在良好的相關(guān)性[3]。

一般情況下，織物試樣由于受熱后會(huì)產(chǎn)生大幅度的收縮、變形甚至飄飛，從而導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果無(wú)效，因此，采用錐形量熱儀測(cè)試織物的燃燒性能時(shí)，有必要采取措施對(duì)測(cè)試樣品進(jìn)行固定。采用網(wǎng)格覆蓋樣品的方式對(duì)試樣進(jìn)行固定，比較試樣在采用網(wǎng)格固定和無(wú)網(wǎng)固定的情況下織物燃燒性能的差異，并分析了2種方式所測(cè)得結(jié)果的優(yōu)劣，完善了錐形量熱儀測(cè)試織物燃燒性能的方法。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試樣

滌綸織物：486 g/m2，試樣尺寸為100 mm×100 mm，測(cè)試時(shí)將多層試樣疊加以使試樣厚度達(dá)到約5 mm。

1.2 儀器及設(shè)備

錐形量熱儀：采用英國(guó)Fire Testing Technology(簡(jiǎn)稱FTT)公司生產(chǎn)的0007型錐形量熱儀，測(cè)試樣品的燃燒性能，測(cè)試指標(biāo)包括引燃時(shí)間、熱釋放速率、熱釋放總量、煙氣釋放速率、質(zhì)量損失速率。

網(wǎng)格固定裝置：測(cè)試時(shí)采用鐵絲網(wǎng)對(duì)試樣進(jìn)行固定，鐵絲網(wǎng)規(guī)格為102 mm×102 mm，網(wǎng)孔規(guī)格為51 mm×51 mm，鐵絲直徑為0.9 mm，質(zhì)量40 g/m2。

2 結(jié)果與討論

2.1 網(wǎng)格固定與無(wú)網(wǎng)固定的測(cè)試結(jié)果比較

在網(wǎng)格固定和無(wú)網(wǎng)固定的情況下，分別測(cè)試3組試樣，測(cè)得的熱釋放速率HRR曲線見(jiàn)圖1所示。

對(duì)比圖1采用網(wǎng)格固定試樣與無(wú)網(wǎng)固定試樣的測(cè)試結(jié)果，可以看到，經(jīng)網(wǎng)格固定后的3次測(cè)試結(jié)果的熱釋放速率HRR曲線重復(fù)性優(yōu)于無(wú)網(wǎng)測(cè)試的結(jié)果，這意味采用網(wǎng)格固定試樣具有較高的試驗(yàn)成功率和較好的試驗(yàn)結(jié)果重現(xiàn)性。

表1為滌綸織物采用網(wǎng)格固定試樣與無(wú)網(wǎng)固定試樣測(cè)得的引燃時(shí)間(TTI)和熱釋放速率峰值(pkHRR)?？梢钥闯?，采用網(wǎng)格固定進(jìn)行測(cè)試時(shí)，引燃時(shí)間測(cè)試值較大，但結(jié)果重現(xiàn)性較好，而無(wú)網(wǎng)固定進(jìn)行測(cè)試時(shí)3組數(shù)據(jù)的波動(dòng)較大。無(wú)網(wǎng)固定進(jìn)行測(cè)試時(shí)，試樣受熱后產(chǎn)生大幅度變形，從而導(dǎo)致樣品引燃時(shí)間波動(dòng)較大，甚至可能因接觸到錐形加熱器下端而導(dǎo)致測(cè)試失敗；采用網(wǎng)格固定可以限制試樣受熱后的大幅度形變，提高樣品引燃時(shí)間測(cè)試結(jié)果的重現(xiàn)性，尤其是對(duì)于熔點(diǎn)較高的樣品，這種影響更加明顯。網(wǎng)格固定后，樣品受熱后由于未卷曲成團(tuán)，其熔融后受熱面積和燃燒面積更大，熱釋放速率峰值測(cè)試結(jié)果也較大，且采用網(wǎng)格固定后測(cè)得的pkHRR結(jié)果一致性更好，表現(xiàn)為較小的標(biāo)準(zhǔn)差。

(a)網(wǎng)格固定

(b)無(wú)網(wǎng)固定圖1 網(wǎng)格固定與無(wú)網(wǎng)固定測(cè)得的HRR曲線

滌綸織物指標(biāo)1#2#3#均值標(biāo)準(zhǔn)差/δTTI/s網(wǎng)格固定53525453．01．00無(wú)網(wǎng)固定45484145．03．52pkHRR/kW·m-2網(wǎng)格固定141130145139．07．77無(wú)網(wǎng)固定118104128117．012．06

因此，在燃燒試驗(yàn)中，如果不采用網(wǎng)格對(duì)試樣進(jìn)行固定，可能會(huì)導(dǎo)致在測(cè)試過(guò)程中試樣發(fā)生明顯的形變，甚至飄飛、偏移在樣品臺(tái)的局部和膨脹，從而粘附到加熱上端蓋或者點(diǎn)火槍?zhuān)瑢?dǎo)致測(cè)試誤差和影響測(cè)試的連續(xù)性。

2.2 網(wǎng)格結(jié)構(gòu)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

網(wǎng)格結(jié)構(gòu)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是采用網(wǎng)格固定試樣，輕薄試樣測(cè)試時(shí)不會(huì)因樣品的變形、飄飛和膨脹而導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果無(wú)效；二是網(wǎng)格本身的熱效應(yīng)對(duì)測(cè)試的影響。不同網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的示意圖如圖2所示，其中，(1)為低密度網(wǎng)，(2)為中密度網(wǎng)，(3)為高密度網(wǎng)。

注：a=10.0 cm；2b=a；d+2c=a；2(e+f)=a圖2 不同網(wǎng)格結(jié)構(gòu)示意圖

對(duì)試樣分別在高密度網(wǎng)固定、中密度網(wǎng)固定和低密度網(wǎng)固定以及無(wú)網(wǎng)固定4種情況下，進(jìn)行燃燒性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

可以看到，無(wú)網(wǎng)固定與低密度網(wǎng)固定所測(cè)得的熱釋放速率(HRR)峰值較為接近，隨著網(wǎng)格密度的增加，熱釋放速率峰值逐漸降低。對(duì)于熱釋放總量(THR)，無(wú)網(wǎng)固定時(shí)測(cè)得的熱釋放總量具有最高的峰值，隨著網(wǎng)格密度的增加，熱釋放總量逐漸降低。這里需要指出的是，無(wú)網(wǎng)固定的測(cè)試結(jié)果僅是一個(gè)相對(duì)參考值，因?yàn)樵谌紵郎y(cè)試過(guò)程中，數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性不是很好，尤其是隨著樣品在熱氣流的作用下出現(xiàn)一定程度的飄飛或是粘附點(diǎn)火裝置，質(zhì)量會(huì)有明顯的降低。對(duì)于煙氣釋放速率(RSR)而言，低密度網(wǎng)固定時(shí)，煙氣釋放速率峰值的出現(xiàn)時(shí)間有所提前，無(wú)網(wǎng)固定和中密度網(wǎng)固定相近。而從峰面積而言，無(wú)網(wǎng)固定測(cè)試時(shí)具有最大的峰面積，對(duì)于采用網(wǎng)格固定測(cè)試，隨著網(wǎng)格密度的增加，峰面積減小，峰值也逐漸降低。對(duì)于質(zhì)量損失指標(biāo)，無(wú)網(wǎng)固定時(shí)質(zhì)量損失最高，隨著網(wǎng)格密度的增加，質(zhì)量損失速率逐漸降低，無(wú)網(wǎng)固定時(shí)的質(zhì)量損失還包括部分測(cè)試樣品在燃燒過(guò)程中的飄飛。

3 結(jié)論

(1)采用網(wǎng)格對(duì)試樣進(jìn)行固定，測(cè)得的熱釋放速率和引燃時(shí)間相對(duì)于無(wú)網(wǎng)固定的測(cè)試結(jié)果，具有更好的重現(xiàn)性和更小的標(biāo)準(zhǔn)差，這意味采用網(wǎng)格固定測(cè)試具有較高的試驗(yàn)成功率和較好的試驗(yàn)結(jié)果重現(xiàn)性。

(a)熱釋放速率曲線 (b)熱釋放總量曲線

(c)煙氣釋放速率曲線 (d)質(zhì)量損失速率曲線圖3 網(wǎng)格結(jié)構(gòu)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

(2)隨著網(wǎng)格密度的增加，熱釋放速率峰值、熱釋放總量和質(zhì)量損失速率均逐漸降低。對(duì)于煙氣釋放速率而言，低密度網(wǎng)固定時(shí)，煙氣釋放速率峰值的出現(xiàn)時(shí)間有所提前，無(wú)網(wǎng)固定和中密度網(wǎng)固定相近。而從峰面積而言，隨著網(wǎng)格密度的增加，峰面積減小，峰值也逐漸降低。

(3)為了減少網(wǎng)格的熱效應(yīng)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，同時(shí)避免樣品在熱氣流的作用下出現(xiàn)一定程度的飄飛或是粘附點(diǎn)火裝置導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果失真或失敗，選擇網(wǎng)格

對(duì)試樣進(jìn)行固定是有必要的，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的選擇原則是網(wǎng)格密度盡可能小。

[1] 羅勝利，吳文宜，朱銳鈿，等. 紡織品燃燒熱釋放和煙釋放性能測(cè)試研究[J]. 中國(guó)纖檢，2014，(24)：69-71.

[2] 王曉春，王 然，滕萬(wàn)紅，等． 錐形量熱儀法在滌棉織物阻燃整理中的應(yīng)用[J]. 印染，2011，(5)：6-9.

[3] 康 佳，王建明，王曉春，等.常見(jiàn)織物的燃燒性能[J].毛紡科技，2010,39(6)：51-55.

Influence of the Fixation of Sample on the Combustion Properties Test Result

WEN Qing1，LUO Sheng-li1，F(xiàn)ENG Wen1，LIU Li-fang2

(1.Guangzhou Fiber Product Testing Institute，Guangzhou 511447, China; 2.Donghua University，Shanghai 201620, China)

Influence of the fixation of sample on the combustion properties test result was discussed. Cone calorimeter was used to measure combustion properties at gridding fixation or no gridding fixation. The effect of gridding fixation on heat release rate was analyzed. Results showed that test results had a better repetition when the test under gridding fixation, but heat release rate reduced when the gridding density increased.

cone calorimeter; fabric; combustion performance; gridding fixing

2017-03-29

溫 箐(1985-)，女，工程師，學(xué)士，主要研究方向：紡織品檢驗(yàn)。

TS190.9

A

1673-0356(2017)05-0042-03