非絨面紡織品的火焰蔓延時(shí)間不確定度分析

侯兵兵，張弘康，黃怡婧

非絨面紡織品的火焰蔓延時(shí)間不確定度分析

侯兵兵，張弘康，黃怡婧

（上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，上海 200040）

為提高非絨面紡織品阻燃性能測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，對(duì)紡織品燃燒性能不確定度進(jìn)行評(píng)估。依據(jù)GB/T 14644-2014《紡織品燃燒性能45°方向燃燒速率的測(cè)定》的相關(guān)方法，采用火焰蔓延時(shí)間來評(píng)定織物的燃燒性能。以純棉織物為例，對(duì)測(cè)試過程中不確定度來源進(jìn)行了分析比較，并對(duì)不確定度分量進(jìn)行評(píng)定及合成。研究結(jié)果表明：水洗前后火焰蔓延時(shí)間的擴(kuò)展不確定度分別為0.38s和0.42s，測(cè)試過程中不確定度主要來源于試驗(yàn)重復(fù)性、計(jì)時(shí)器示數(shù)誤差和火焰高度，其中試驗(yàn)重復(fù)性對(duì)不確定度影響最大。

棉；燃燒性能；不確定度；45°法；火焰蔓延時(shí)間

隨著科技的發(fā)展，人民生活水平的提高，紡織品的燃燒性能越來越受人們重視，許多國(guó)家都制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)法規(guī)，分別對(duì)服裝類（兒童睡衣、消防服等）、裝飾類（如窗簾、汽車內(nèi)飾等）、產(chǎn)業(yè)紡織品（土工布、濾布等）等紡織品的阻燃性能做出了規(guī)定。因此紡織品的阻燃性能也作為紡織品質(zhì)量的一個(gè)重要考核指標(biāo)，一般來說，紡織品燃燒性能測(cè)定按照GB/T 14644[1]、GB/T 5455[2]、GB/T 5454[3]、16CFR1615/1616[4]、ASTM D6545[5]等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)定。然而在測(cè)定織物燃燒性能時(shí)，必然會(huì)帶來測(cè)量誤差，與真實(shí)數(shù)據(jù)存在偏差，因此對(duì)紡織品燃燒性能不確定度評(píng)定就很有意義。而且測(cè)量不確定度也是對(duì)測(cè)量結(jié)果好壞的一個(gè)度量，還是定量測(cè)量結(jié)果質(zhì)量好壞的一個(gè)重要參數(shù)，是評(píng)定實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)質(zhì)量控制水平的重要依據(jù)之一-[6]。

本文以非絨面純棉織物為例，主要依據(jù)GB/T 14644-2014《紡織品 燃燒性能 45°方向燃燒速率的測(cè)定》，對(duì)水洗前后紡織品的火焰蔓延時(shí)間測(cè)量結(jié)果進(jìn)行評(píng)定和分析，為實(shí)驗(yàn)室判定測(cè)量結(jié)果的有效性和準(zhǔn)確性提供方法和依據(jù)，對(duì)處于合格邊緣產(chǎn)品的判定有一定的指導(dǎo)意義[7,8]。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料與儀器

試驗(yàn)材料：3m×3m的非絨面純棉織物。

試驗(yàn)儀器： Memmert UNB400型自然對(duì)流電熱烘箱（德國(guó)Memmert公司）、干燥器、YG(B)815D-Ⅳ型織物阻燃性能測(cè)試儀（小45°法）（溫州大榮紡織儀器有限公司）、鋼直尺（500±1）mm。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試樣制備

選取一塊3m×3m的純棉織物，并進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)。以織物燃燒速率最快的方向?yàn)殚L(zhǎng)度方向，用鋼直尺量取尺寸為160mm*50mm的試樣，數(shù)量為20塊。

1.2.2 洗前試驗(yàn)步驟

根據(jù)GB/T 14644-2014《紡織品 燃燒性能 45°方向燃燒速率的測(cè)定》。首先將量取好的試樣放置在試樣夾中，并放入105℃±3℃條件下干燥30min±2min，然后放置在干燥器內(nèi)冷卻不少于30min，接著將試樣置于試驗(yàn)架上進(jìn)行燃燒試驗(yàn)，觀察燃燒狀態(tài)，并記錄火焰蔓延時(shí)間，測(cè)試次數(shù)為10次。每次試驗(yàn)結(jié)束后，需打開排風(fēng)系統(tǒng)將試驗(yàn)中產(chǎn)生的煙氣排出。

1.2.3 洗后試驗(yàn)步驟

按照GB/T 8629[9]中規(guī)定，采用A型洗衣機(jī)，40℃正常攪拌程序?qū)悠愤M(jìn)行1次洗滌，然后攤平晾干。然后按照1.2.2試驗(yàn)步驟測(cè)試洗滌后的燃燒性能。

1.3 數(shù)學(xué)模型和不確定度來源分析

依據(jù)試驗(yàn)原理，火焰蔓延時(shí)間不確定度評(píng)估的數(shù)學(xué)模型為：

T=t （1）

式中：T—火焰蔓延時(shí)間，s；t—計(jì)時(shí)器示數(shù)，s。

1.4 不確定度來源分析

對(duì)測(cè)量方法、測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)量程序分析研究可知，影響紡織品火焰蔓延時(shí)間的各種不確定度分量來源如圖1所示。

圖1 紡織品火焰蔓延時(shí)間不確定度來源

1.4.1 樣品均勻性和尺寸引起的不確定度

樣品的均勻性和尺寸對(duì)織物的火焰蔓延時(shí)間有一定影響。但是，一般來說，對(duì)于同一批次、同一塊樣品可認(rèn)為樣品是均勻的。此外，試樣的大小主要是為了更穩(wěn)定、平整的放置在試樣架內(nèi)，在此可以忽略其產(chǎn)生的影響。

1.4.2 試驗(yàn)條件引起的不確定度

紡織品燃燒性能的不確定度測(cè)定的試驗(yàn)條件包括樣品烘干、冷卻、溫濕度等，試驗(yàn)條件的變化一定程度上會(huì)影響織物火焰蔓延時(shí)間，但由于影響較小，可認(rèn)為體現(xiàn)在測(cè)量重復(fù)性中，即A類不確定分量。

1.4.3 儀器參數(shù)引起的不確定度

數(shù)學(xué)模型不能直接體現(xiàn)各種儀器參數(shù)，但儀器參數(shù)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響均可體現(xiàn)在B類評(píng)定的測(cè)量不確定度中。

1.4.4 其他因素引起的不確定度

包括數(shù)據(jù)修約引起的B類不確定度分量。其次水洗過程會(huì)對(duì)火焰蔓延時(shí)間有一定影響，但樣品都是同批次水洗，可以認(rèn)為體現(xiàn)在測(cè)量重復(fù)性中。

2 不確定度量化

2.1 試驗(yàn)重復(fù)性引起的A類不確定度分量

由同一試驗(yàn)人員在同一條件下洗前和洗后分別獨(dú)立重復(fù)進(jìn)行10次燃燒性能試驗(yàn)，觀察并記錄計(jì)時(shí)器示數(shù)如表1和表2所示。

依據(jù)貝塞爾公式可知，其標(biāo)準(zhǔn)偏差為：

表1 棉織物45°法燃燒性能洗前重復(fù)性試驗(yàn)測(cè)試

表2 棉織物45°法燃燒性能洗后重復(fù)性試驗(yàn)測(cè)試

相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

其自由度為n-1=9，自由度反映不確定度評(píng)定的好壞程度，自由度越大，評(píng)定越可靠[10]。

2.2 計(jì)時(shí)器示數(shù)誤差引起的B類不確定度分量

由于點(diǎn)火時(shí)間和火焰蔓延時(shí)間均由計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)，本次評(píng)定中均作為計(jì)時(shí)器示數(shù)誤差引起的B類不確定度分量。

2.3 火焰高度誤差引起的B類不確定度分量

經(jīng)上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院檢定（檢定證書編號(hào)：J1844200235）可知，火焰高度擴(kuò)展不確定度U（h）=0.04mm，包含因子k2=2。因此，標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

根據(jù)GB/T 14644-2014可知，燃燒器頂端到火焰尖端的距離為16mm，則相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.4 試樣架與火焰頭夾角誤差引起的B類不確定度分量

根據(jù)GB/T 14644-2014可知，試樣架傾角為45°，則相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：