锥形量热仪检测纺织品燃烧特性

本文概述了纺织品传统燃烧性能的测试方法及标准、表征指标以及在燃烧火灾危险性评估中的局限性，zhong点详述了锥形量热仪的测量原理、燃烧特性表征，对锥形量热仪在纺织品燃烧特性测试评价中的应用发展进行研究。

目前，纺织品传统燃烧性能试验方法及标准主要集中在测试纺织品的易点燃性以及点燃以后燃烧的速度、样品的破坏程度等，属于小型试验，其试验环境与真实火灾相差较大，试验获得数据不能很好表征其在火灾中所能造成的危险性，不能作为评价纺织品在真实火灾中燃烧的依据，更不能反映人体在火灾中由于纺织品燃烧受到的伤害，如热浪伤害(热释放)、烟气使人窒息(烟气释放)、中毒(烟气毒性)等，不能反映在实际火灾中由于纺织品的燃烧所造成的对环境的损害。

为了真实客观地评价火灾中材料的燃烧特性，1982年Babrauskas等人开发设计了锥形量热仪(ConeCalorimeter，简称CONE)。在锥形量热仪试验中，材料的燃烧环境与真实火灾环境相似，其试验数据与大型燃烧试验结果之间存在很好的相关性，在表征纺织品的燃烧特性、评价纺织品存在的火灾危险性方面具有重要意义。

锥形量热仪基于氧气消耗原理进行设计，用来测量纺织品燃烧时的热释放速率、引燃时间、质量损失速率、有效燃烧热、烟气释放速率、有害气体含量等，这些参数对于分析纺织品的综合燃烧特性，客观评价预测纺织品在真实火灾中的燃烧行为和危害十分有用。锥形量热仪是表征纺织品火灾环境燃烧特性的较为理想的试验仪器。

1、传统燃烧测试方法

1.1表征指标

目前，纺织品的传统燃烧性能测试方法主要包括45°法、垂直法、水平法、燃烧片剂法、氧指数法等。表征指标主要包括：引燃时间、续燃时间、阴燃时间、火焰蔓延时间、损毁长度、火焰蔓延距离、火焰蔓延速率、燃烧速度、极限氧指数等，这些指标主要反映了纺织品在试验条件下燃烧的快慢程度、样品的损坏程度、容易被火焰点燃的程度等。

1.2局限性

燃烧试验涉及到环境、热量、氧气等多种因素，且这些因素在真实火灾中是动态的，因此燃烧试验非常复杂。纺织品传统燃烧性能试验方法所获得的试验数据具有一定局限性，不能模拟纺织品在真实火灾中的燃烧行为，不能用于评估大型火灾火情危险性及可能造成的哪种危害，只能用于一定试验条件下，比较不同纺织材料及其制品的阻燃性能。

2、锥形量热仪法

2.1锥形量热仪

锥形量热仪是20世纪80年代初发展起来的一种燃烧测试装置，能模拟真实燃烧时的各种参数，可以测量材料燃烧时的热释放速率。此外，它还可以测量纺织品的点燃时间、质量损失速率、烟气释放速率、有效燃烧热、有害气体含量等参数，这些表征指标可以综合评价纺织品的燃烧特性。

2.2表征指标

纺织品通过锥形量热仪试验，可以得到的燃烧数据主要包括热量释放指标、烟气释放指标、毒害物质指标、引燃时间等，这些试验数据在纺织品阻燃性能研究评价以及纺织品所造成的火灾危险性方面应用广泛，具有重要意义。

2.2.1热释放性指标

纺织品从燃烧开始就释放出热量，同时气相、液相和固相物质等的温度升高，燃烧持续，在这一阶段，Z重要的是材料的燃烧热量释放，一般来说，纺织品燃烧时释放的热量越多，热量释放速度越快，火灾的危险性越大。

常用的热释放性表征指标主要包括热释放速率、有效燃烧热、总释放热量。纺织品的热释放速率(HRR)是指在设定的入射热流强度下，单位面积纺织品燃烧所释放热量的速率，其Zda值为热释放速率峰值(pkHRR)，表征的是纺织品燃烧过程中的Zda热释放程度。HRR和pkHRR越大，纺织品燃烧时释放的热量越大，造成的火灾危险程度就越高。

采用锥形量热仪还可以测量出纺织品在燃烧过程中的热释放速率随时间的动态变化。而总释放热是指在设定的入射热流强度下，纺织品从点燃到火焰熄灭为止所释放热量的总和。有效燃烧热表示在燃烧过程中的某个时刻，热释放速率和质量损失速率之比，反映的是燃烧中挥发性气体在火焰中的燃烧程度，可用于分析阻燃纺织品的阻燃机理。

2.2.2烟气释放指标

烟气释放指标主要包括生烟速率和总生烟量等。锥形量热仪采用比消光面积来表示纺织品燃烧时的烟气释放。一般火灾烟气中颗粒物直径为几个微米到几十个微米，而可见光波长在0.4～0.7微米，烟气颗粒物对可见光有遮蔽作用，烟气的释放会大大降低火灾现场的能见度，使人们产生恐慌心理，不能合理逃离火场，增大了火灾的危险性。

2.2.3毒害物质

根据各类火灾资料统计，纺织品燃烧产生的烟雾毒害物质，其危害性常比燃烧时产生的火焰和热量更为严重，是火灾中导致人类死亡的主要因素之一。锥形量热仪可以采用附加设备采集烟气进行毒害物质分析。纺织品燃烧时释放出的烟气中，含有一氧化碳、硫化氢、二氧化硫、各种氮氧化物、含碳无机物等毒害物质，这些气体一旦被人体吸入，危害极大。

2.2.4其他指标

其他指标包括质量损失速率、引燃时间等。其中质量损失速率是纺织品在燃烧过程中质量随时间的变化率，主要反映样品在一定辐射热流强度下热裂解速度，同时可以得到样品的质量损失曲线，了解不同时刻样品的残余物质量，用于材料裂解行为分析。引燃时间则是在设定的辐射热流强度下，纺织品表面受热到出现火焰燃烧所用时间，用于表征纺织品容易被点燃的程度。

3、结语

基于锥形量热仪表征测试纺织品的燃烧特性，可以从点燃性能、热释放速率、总释放热、单位时间生烟量、总生烟量、烟气毒性分析等方面进行分析，试验数据可用于纺织品阻燃整理测试表征和评价，进行纺织品阻燃整理机理研究；可用于评估纺织品造成的火灾危害程度。加强锥形量热仪试验方法在纺织品燃烧特性的应用研究，可以进一步完善纺织品燃烧性能的测试表征手段。锥形量热仪在纺织品阻燃整理机理、燃烧危险性等级、燃烧类型研究等方面具有重要意义。