室內(nèi)織物燃燒性能探究
一、材料與方法
１．１試驗樣品與試驗工況
按使用錐形量熱儀測定建筑材料熱釋放的國際標(biāo)準(zhǔn)ＩＳＯ５６６０－１的要求，將樣品尺寸截成１００ｍｍ×１００ｍｍ×１８ｍｍ。在實驗中，將試樣用鋁箔包裹其背面和側(cè)面以減少質(zhì)量損失［４］。為了保證平表面燃燒，用不銹鋼網(wǎng)柵夾住試樣。由于廣泛用于室內(nèi)的織物多為易燃材料，低強度輻射便能引發(fā)燃燒，本文采用各樣品熱流密度分別為１５、２０、３０ｋＷ／ｍ２時進行實驗，對比５種樣品的燃燒性能。具體工況設(shè)計參數(shù)如表１所示。
１．２儀器設(shè)備
錐形量熱儀（ＣｏｎｅＣａｌｏｒｉｍｅｔｅｒ，ＣＯＮＥ），是原美國國家標(biāo)準(zhǔn)局（ＮａｔｉｏｎａｌＢｕｒｅａｕｏｆＳｔａｎｄ－ａｒｄｓ，ＮＢＳ）的Ｂａｂｒａｕｓｋａｓ等１９８２年研制的，是基于耗氧原理的材料燃燒性能測試儀器［５］。由于燃燒環(huán)境極相似于真實的燃燒環(huán)境，其試驗結(jié)果與大型燃燒試驗結(jié)果之間存在很好的相關(guān)性，能夠表征出材料的燃燒性能，在評價材料、材料設(shè)計和火災(zāi)預(yù)防等方面具有重要的參考價值，錐形量熱儀已經(jīng)成為研究材料燃燒性能最重要的試驗儀器之一［６－８］。
２實驗結(jié)果與分析
２．１點燃特性
引燃時間是評價材料點燃特性的一個重要參數(shù)［８］。在相同條件下，材料的引燃時間越短，越容易被點燃，火焰也就越容易向周圍物質(zhì)蔓延，因而材料的火災(zāi)危險性也就越大。由表２可見，絕大多數(shù)樣品在不同的輻射熱流密度下可以被點燃，點燃時間隨熱流密度的增大而明顯減小。其中，海綿在１５ｋＷ／ｍ２的熱流密度下只發(fā)生了熱解，沒有出現(xiàn)明火，這是因為海綿是一種聚氨酯發(fā)泡材料，分解溫度較低，受熱后首先在其表面迅速形成碳層，阻礙了熱量傳遞，只有進一步提高輻射強度，碳層熱解后，才能將樣品點燃。
若以熱流密度為ｘ軸，點燃時間的均方根倒數(shù)為ｙ軸，進行線性回歸，可以得到回歸方程式（１）～（５）和圖１所示的擬合曲線，可以發(fā)現(xiàn)此類樣品熱流密度和點燃時間的均方根倒數(shù)有近似線性的關(guān)系。
棉布：ｙ＝０．０５７７ｘ－０．００６４（１）
牛仔褲：ｙ＝０．０８３１ｘ－０．０２７５（２）
毛衣：ｙ＝０．０３６４ｘ＋０．０５３（３）
麻繩：ｙ＝０．０４１８ｘ＋０．０４８４（４）
海綿：ｙ＝０．２４９ｘ－０．２４９３（５）
擬合曲線的斜率從大到小排序為海綿、棉布、牛仔褲、麻繩、毛衣，表明海綿等高分子塑料的點
燃性能遠大于動、植物等天然纖維編織的材料的點燃性能。以棉纖維為主的棉布、牛仔褲材料，由于牛仔褲編織結(jié)構(gòu)較為密實，其擬合曲線的斜率大于棉布，這說明材料組織結(jié)構(gòu)的疏密程度對材料的引燃難易程度的影響不能忽視。
２．２熱釋放速率
熱釋放速率是描述火災(zāi)過程的重要參數(shù)之一，體現(xiàn)了火災(zāi)中能量釋放的大小，是決定火災(zāi)發(fā)展變化和火災(zāi)危險程度的基本參數(shù)［９］。熱釋放速率峰值表征材料燃燒時的熱釋放程度［９］。平均熱釋放速率的大小則表征了材料燃燒過程中的平均熱釋放程度。平均熱釋放速率越大，說明這種材料燃燒得越猛烈。
從圖２～３結(jié)果分析，織物材料的燃燒特征［１０］與熱流密度有關(guān)。測試幾種熱流密度下，測試的幾種常見織物的釋放速率與時間曲線大都呈初始平坦階段—放熱—后期趨于平坦的特征。而動物纖維、植物纖維等材料的織物呈現(xiàn)了在燃燒前期存在一個平臺，而后曲線上升，還出現(xiàn)雙峰，這是因為此類材料熱解初期形成的炭層有覆蓋和隔熱作用，使得熱量向試樣內(nèi)部傳遞速度下降，延緩了材料的熱解燃燒速率，后期因為熱積累作用導(dǎo)致炭層被破壞而出第二釋熱峰。
對于動物纖維、植物纖維等材料的織物，隨著熱流密度的增加，各材料的初始放熱時間明顯減少。這是由于試樣的回潮率影響，水分的蒸發(fā)延緩了釋熱。在纖維織物中，棉纖維回潮率為１１％，亞麻纖維回潮率為１２％，而凈毛回潮率為１４％～１５％，因此，毛衣織物需吸收更多的熱量蒸發(fā)水分才能燃燒，而棉比亞麻纖維做成的麻繩燃燒放熱時間稍早。
織物組織結(jié)構(gòu)的疏密程度對織物燃燒熱釋放速率也有影響。棉布和牛仔褲同為棉纖維材質(zhì)，但由于牛仔褲質(zhì)地緊密（如輻射強度為２０ｋＷ／ｍ２時，牛仔褲密度為０．９３ｋｇ／ｍ２，棉布為０．５５ｋｇ／ｍ２），其初始放熱時間大于牛仔褲，但牛仔褲熱釋放速率峰值和平均值大于普通棉布。
２．３質(zhì)量損失速率
質(zhì)量損失速率是試樣的熱分解燃燒速率，可以反映出材料在一定熱流密度下的熱裂解行為［１１］。表４是不同輻射熱流密度下各織物材料的質(zhì)量損失速率峰值與平均值，結(jié)合表３～４中的數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)：各織物的質(zhì)量損失速率越大，熱釋放速率也越大，說明高熱作用導(dǎo)致聚合物分解加速。動物纖維類織物的平均質(zhì)量損失速率要高于織物類織物，這表明在相同輻射強度加熱條件下，其熱解程度更激烈。
２．４煙氣釋放性能及毒性
在建筑火災(zāi)中，由于供氧有限，且多為不*燃燒，火災(zāi)煙氣中往往含有大量有毒有害氣體，火場的能見度低，影響人員逃生。據(jù)統(tǒng)計建筑火災(zāi)中喪生的人，８０％以上是吸入了火場有毒煙氣而死。因此，材料燃燒時的煙氣釋放速率是評價材料對火災(zāi)貢獻的一個重要指標(biāo)［１２－１３］。
根據(jù)熱釋放速率曲線（如圖２～３所示）和煙釋放速率曲線（如圖４～５所示）對應(yīng)比較，可以看出：隨著熱釋放速率的增大，各樣品開始釋放煙氣的時間提前，且在熱釋放速率達峰值時出現(xiàn)一個值；爾后，又隨著熱釋放速率的降低而減小。經(jīng)比較可以發(fā)現(xiàn)海綿釋煙速度，在４０～５０ｓ釋煙速率達到峰值，這符合高分子塑料的熱解特征［１０］；動植物纖維織物中，煙氣釋放能力排序為毛衣＞牛仔褲＞麻繩＞棉布。
建筑火災(zāi)煙氣中的毒氣以ＣＯ常見，當(dāng)空氣中ＣＯ的含量超過一定量就會對人體產(chǎn)生傷害，因此，ＣＯ體積分?jǐn)?shù)也是衡量材料火災(zāi)危險性的重要參數(shù)。從圖５～６可以看出，海綿的熱解使ＣＯ體積分?jǐn)?shù)迅速攀升，能夠在極短時間內(nèi)達到峰值；毛衣熱解后ＣＯ體積分?jǐn)?shù)也迅速攀升，而且攀升幅度；棉布、牛仔褲等棉纖維類織物ＣＯ體積分?jǐn)?shù)隨時間變化趨勢相同，都出現(xiàn)了兩個峰值，但由于牛仔褲的編織密度大于棉布，ＣＯ體積分?jǐn)?shù)峰值更高；亞麻纖維織物雖然比棉纖維織物較早發(fā)生熱解，但其ＣＯ體積分?jǐn)?shù)相對較低。在５種試驗樣品ＣＯ生成能力排序為海綿＞毛衣＞牛仔褲＞棉布＞麻繩。
三、結(jié)論
利用錐形量熱儀在熱流密度為１５、２０和３０ｋＷ／ｍ２的條件下對５種常見的室內(nèi)織物的燃燒性能進行了實驗研究，分析比較了火災(zāi)危險性，得到結(jié)論。
１）海綿等高分子材料的點燃性能遠大于動、植物等天然纖維編織的材料的點燃性能。從點燃特性上比較，５中織物的點燃能力從大到小排序為海綿、棉布、牛仔褲、麻繩、毛衣。
２）在測試幾種熱流密度下，測試的幾種常見織物的熱釋放速率與時間曲線大都呈初始平坦階段—放熱—后期趨于平坦的特征。而由于初期熱解形成炭層的影響，動物纖維、植物纖維等材料的織物呈現(xiàn)了在燃燒前期存在一個平臺，而后曲線上升，出現(xiàn)雙峰特征。
３）回潮率的不同影響了織物的初始放熱時間。毛衣織物需吸收更多的熱量蒸發(fā)水分才能燃燒，而棉比亞麻纖維做成的麻繩燃燒放熱時間稍早。
４）對于同種材料編織的織物，組織結(jié)構(gòu)的疏密程度影響了織物的熱釋放速率。例如牛仔褲密度大于棉布，其初始放熱時間長，但牛仔褲熱釋放速率峰值和平均值大于普通棉布。
５）動物纖維類織物的平均質(zhì)量損失速率要高于織物類織物，這表明在相同熱流密度加熱條件下，其熱解程度更激烈。
６）煙氣釋放能力排序為海綿＞毛衣＞牛仔褲＞麻繩＞棉布，而ＣＯ生成能力排序為海綿＞毛衣＞牛仔褲＞棉布＞麻繩。因此，室內(nèi)織物的火災(zāi)危險性排序為海綿＞羊毛類織物＞棉類織物＞亞麻織物。
更多關(guān)于 織物燃燒性測試儀：/chanpin/zwjfz/fanghufujianceshebei/1096.html
