錐形量熱儀檢測紡織品燃燒特性

本文概述了紡織品傳統燃燒性能的測試方法及標準、表征指標以及在燃燒火災危險性評估中的局限性，zhong點詳述了錐形量熱儀的測量原理、燃燒特性表征，對錐形量熱儀在紡織品燃燒特性測試評價中的應用發展進行研究。

目前，紡織品傳統燃燒性能試驗方法及標準主要集中在測試紡織品的易點燃性以及點燃以后燃燒的速度、樣品的破壞程度等，屬于小型試驗，其試驗環境與真實火災相差較大，試驗獲得數據不能很好表征其在火災中所能造成的危險性，不能作為評價紡織品在真實火災中燃燒的依據，更不能反映人體在火災中由于紡織品燃燒受到的傷害，如熱浪傷害(熱釋放)、煙氣使人窒息(煙氣釋放)、中毒(煙氣毒性)等，不能反映在實際火災中由于紡織品的燃燒所造成的對環境的損害。

為了真實客觀地評價火災中材料的燃燒特性，1982年Babrauskas等人開發設計了錐形量熱儀(ConeCalorimeter，簡稱CONE)。在錐形量熱儀試驗中，材料的燃燒環境與真實火災環境相似，其試驗數據與大型燃燒試驗結果之間存在很好的相關性，在表征紡織品的燃燒特性、評價紡織品存在的火災危險性方面具有重要意義。

錐形量熱儀基于氧氣消耗原理進行設計，用來測量紡織品燃燒時的熱釋放速率、引燃時間、質量損失速率、有效燃燒熱、煙氣釋放速率、有害氣體含量等，這些參數對于分析紡織品的綜合燃燒特性，客觀評價預測紡織品在真實火災中的燃燒行為和危害十分有用。錐形量熱儀是表征紡織品火災環境燃燒特性的較為理想的試驗儀器。

1、傳統燃燒測試方法

1.1表征指標

目前，紡織品的傳統燃燒性能測試方法主要包括45°法、垂直法、水平法、燃燒片劑法、氧指數法等。表征指標主要包括：引燃時間、續燃時間、陰燃時間、火焰蔓延時間、損毀長度、火焰蔓延距離、火焰蔓延速率、燃燒速度、極限氧指數等，這些指標主要反映了紡織品在試驗條件下燃燒的快慢程度、樣品的損壞程度、容易被火焰點燃的程度等。

1.2局限性

燃燒試驗涉及到環境、熱量、氧氣等多種因素，且這些因素在真實火災中是動態的，因此燃燒試驗非常復雜。紡織品傳統燃燒性能試驗方法所獲得的試驗數據具有一定局限性，不能模擬紡織品在真實火災中的燃燒行為，不能用于評估大型火災火情危險性及可能造成的哪種危害，只能用于一定試驗條件下，比較不同紡織材料及其制品的阻燃性能。

2、錐形量熱儀法

2.1錐形量熱儀

錐形量熱儀是20世紀80年代初發展起來的一種燃燒測試裝置，能模擬真實燃燒時的各種參數，可以測量材料燃燒時的熱釋放速率。此外，它還可以測量紡織品的點燃時間、質量損失速率、煙氣釋放速率、有效燃燒熱、有害氣體含量等參數，這些表征指標可以綜合評價紡織品的燃燒特性。

2.2表征指標

紡織品通過錐形量熱儀試驗，可以得到的燃燒數據主要包括熱量釋放指標、煙氣釋放指標、毒害物質指標、引燃時間等，這些試驗數據在紡織品阻燃性能研究評價以及紡織品所造成的火災危險性方面應用廣泛，具有重要意義。

2.2.1熱釋放性指標

紡織品從燃燒開始就釋放出熱量，同時氣相、液相和固相物質等的溫度升高，燃燒持續，在這一階段，Z重要的是材料的燃燒熱量釋放，一般來說，紡織品燃燒時釋放的熱量越多，熱量釋放速度越快，火災的危險性越大。

常用的熱釋放性表征指標主要包括熱釋放速率、有效燃燒熱、總釋放熱量。紡織品的熱釋放速率(HRR)是指在設定的入射熱流強度下，單位面積紡織品燃燒所釋放熱量的速率，其Zda值為熱釋放速率峰值(pkHRR)，表征的是紡織品燃燒過程中的Zda熱釋放程度。HRR和pkHRR越大，紡織品燃燒時釋放的熱量越大，造成的火災危險程度就越高。

采用錐形量熱儀還可以測量出紡織品在燃燒過程中的熱釋放速率隨時間的動態變化。而總釋放熱是指在設定的入射熱流強度下，紡織品從點燃到火焰熄滅為止所釋放熱量的總和。有效燃燒熱表示在燃燒過程中的某個時刻，熱釋放速率和質量損失速率之比，反映的是燃燒中揮發性氣體在火焰中的燃燒程度，可用于分析阻燃紡織品的阻燃機理。

2.2.2煙氣釋放指標

煙氣釋放指標主要包括生煙速率和總生煙量等。錐形量熱儀采用比消光面積來表示紡織品燃燒時的煙氣釋放。一般火災煙氣中顆粒物直徑為幾個微米到幾十個微米，而可見光波長在0.4～0.7微米，煙氣顆粒物對可見光有遮蔽作用，煙氣的釋放會大大降低火災現場的能見度，使人們產生恐慌心理，不能合理逃離火場，增大了火災的危險性。

2.2.3毒害物質

根據各類火災資料統計，紡織品燃燒產生的煙霧毒害物質，其危害性常比燃燒時產生的火焰和熱量更為嚴重，是火災中導致人類死亡的主要因素之一。錐形量熱儀可以采用附加設備采集煙氣進行毒害物質分析。紡織品燃燒時釋放出的煙氣中，含有一氧化碳、硫化氫、二氧化硫、各種氮氧化物、含碳無機物等毒害物質，這些氣體一旦被人體吸入，危害極大。

2.2.4其他指標

其他指標包括質量損失速率、引燃時間等。其中質量損失速率是紡織品在燃燒過程中質量隨時間的變化率，主要反映樣品在一定輻射熱流強度下熱裂解速度，同時可以得到樣品的質量損失曲線，了解不同時刻樣品的殘余物質量，用于材料裂解行為分析。引燃時間則是在設定的輻射熱流強度下，紡織品表面受熱到出現火焰燃燒所用時間，用于表征紡織品容易被點燃的程度。

3、結語

基于錐形量熱儀表征測試紡織品的燃燒特性，可以從點燃性能、熱釋放速率、總釋放熱、單位時間生煙量、總生煙量、煙氣毒性分析等方面進行分析，試驗數據可用于紡織品阻燃整理測試表征和評價，進行紡織品阻燃整理機理研究；可用于評估紡織品造成的火災危害程度。加強錐形量熱儀試驗方法在紡織品燃燒特性的應用研究，可以進一步完善紡織品燃燒性能的測試表征手段。錐形量熱儀在紡織品阻燃整理機理、燃燒危險性等級、燃燒類型研究等方面具有重要意義。