錐形量熱儀對織物燃燒時CO釋放情況研究

王然+謝維斌+蔣碩萌+李仕林+康東艷

摘要：采用錐形量熱儀，定量研究了普通棉、毛、滌綸織物和含磷類阻燃棉、滌綸織物以及鈦鋯類阻燃羊毛織物燃燒過程中一氧化碳的釋放情況。測試表明，在輻射通量為25 kW/m2情況下，普通棉、羊毛和滌綸織物釋放CO起始時間分別為50、32、120 s，釋放量分別為81.2、103.7、110.2 mg/g；阻燃棉、羊毛和滌綸織物釋放CO起始時間分別為30、37、84 s，釋放量分別為170.4、116.7、231.2 mg/g。說明纖維材質決定了織物的CO起始釋放時間和釋放量；含磷類阻燃劑的使用將CO起始釋放時間提前，且織物的阻燃加工增加了CO的釋放。

關鍵詞：阻燃；織物；錐形量熱儀；CO

中圖分類號：TS107 文獻標志碼：A

Research on CO Emission of Burning Fabric by Cone Calorimeter

Abstract： CO emissions of cotton， wool， and PET fabric were quantitatively researched by using Cone Calorimeter. The results indicate that the starting time and amount of CO emission from fabric are determined by its fiber. Owing to addition of phosphorous flame retardant， the starting time of CO emissions of the fabric is advanced. And the amount of CO released from fabric is increased due to its flame-retardant treatment.

Key words： flame-retardant； fabric； Cone Calorimeter； carbon monoxid

火災危險不僅由材料的熱危險決定，還與煙氣危險緊密相關。導致人員傷亡的主要是由于包括紡織品在內的各種材料燃燒時放出的多種毒性氣體，其中包括CO、HCN、SO2、HCl、H2S等。毒性氣體的產生與建筑材料、室內裝飾物、家具、紡織品等密切相關。研究燃燒生成氣體的毒性問題已在材料、公共安全等諸多領域成為一項重要課題，但這一點在傳統紡織品檢測中往往被忽視。

CO是材料不完全燃燒時產生的一種無色、無臭、無刺激性的氣體，進入人體之后會造成人體中毒。CO也是紡織品燃燒過程中釋放的主要毒性氣體之一，特別對于阻燃紡織品而言，由于燃燒不完全會增加CO的釋放量。

錐形量熱儀是一種以氧消耗原理為基礎的新一代燃燒測定儀，通過調節其錐形輻射加熱器輻照功率，可模擬不同規模火災場景，因標配有CO探測器，能夠對試樣燃燒過程中CO釋放情況進行動態監測。常用織物在錐形量熱儀測試中屬厚度小于 6 mm的薄型材料，受熱時幾乎不存在溫度梯度，因此當樣品密度差距在數倍以內時，燃燒在試樣內外同時發生，不會因織物規格不同而對CO釋放測試產生影響。因此，本文采用錐形量熱儀，定量探索普通棉、毛、滌綸織物和阻燃棉、毛、滌綸織物燃燒過程中CO釋放情況。

1 試驗

1.1 材料

各種織物名稱與規格如表 1 所示。

1.2 測試

參照ASTM E 1354 — 2002《使用耗氧量熱計測試材料和產品的熱和可見煙釋放速率的方法》，使用Dual Analysis Calorimeter 2000型錐形量熱儀測試織物CO釋放情況，試樣尺寸100 mm×100 mm，水平置放于鋁箔上，下部用巖棉隔斷熱量從樣品背面向外傳遞，定位架與樣品之間放置格柵，選定輻射通量為25 kW/m2，每種試樣重復測試 5 次，實驗數據由錐形量熱儀專用軟件進行分析處理。

2 結果與討論

在輻射通量為25 kW/m2情況下，普通棉、毛、滌綸及阻燃棉、毛、滌綸織物燃燒過程中，CO釋放情況如圖 1 — 圖 3所示。由于測試過程中，環境大氣中CO濃度有波動，所以圖中CO起始位置不完全相同。

從圖 1 — 圖 3 可以看出，燃燒過程中普通羊毛織物釋放CO時間較早，為32 s；棉和滌綸織物依次為50、120 s。阻燃棉、滌綸織物釋放CO時間則分別提前至30、84 s；阻燃毛織物釋放CO時間為37 s，變化較小。這種變化與 3 種阻燃織物阻燃機理有關。阻燃棉、滌綸織物采用的是含磷阻燃劑，需在織物燃燒前降解以保護纖維，而羊毛采用的是鈦鋯鹽，在燃燒過程中分解產生阻燃作用。

為了對織物CO釋放情況進行定量分析，以織物釋放CO前曲線平滑處為基線，對曲線進行積分，得到在整個燃燒過程中CO釋放總量。扣除試樣質量的影響，即可換算得到單位質量樣品CO釋放情況，如表 2 所示。

從表 2 中可以看出，就普通棉、毛、滌綸織物而言，燃燒過程中CO釋放量較小。其中每單位質量普通棉織物CO釋放量最小，為81.2 mg/g；普通毛織物的釋放量略小與普通滌綸織物，二者分別為103.7、110.2 mg/g。與普通織物相比，阻燃棉、滌綸織物的CO釋放量增加顯著，增幅分別達到109.7%、110.5%；而毛織物僅增加12.5%，增長不顯著。這表明在燃燒過程中，棉、滌綸織物的阻燃加工在減少釋放熱的同時，大幅增加了毒性氣體的釋放量，增大了對人員的潛在危害。阻燃毛織物CO釋放量雖增長較少，但并不意味著毛織物更安全，因為其燃燒時釋放的氫氰酸未考慮在內。

3 結論

（1）纖維材質對紡織品燃燒時CO的起始釋放時間和釋放量具有決定性作用。（2）含磷類阻燃劑的使用將CO起始釋放時間顯著提前，而鈦鋯鹽類阻燃劑對CO起始釋放時間影響不顯著。（3）紡織品阻燃加工后，增加了CO的釋放，增大了人員傷亡的潛在危險。因此，紡織品阻燃效果評價中，應充分權衡熱和毒性氣體對人員的危害。

參考文獻

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