織物熱傳導(dǎo)性能試驗(yàn)

張榮（航宇救生裝備有限公司，湖北襄陽(yáng)441003）

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織物熱傳導(dǎo)性能試驗(yàn)

張榮
（航宇救生裝備有限公司，湖北襄陽(yáng)441003）

摘要：研究了救生裝備產(chǎn)品在使用環(huán)境條件下不同特紡材料的熱傳導(dǎo)性能。結(jié)果表明，織物熱傳導(dǎo)性能的影響因素為熱源、原材料的傳導(dǎo)性、組織結(jié)構(gòu)和織物阻燃整理方式等，這一結(jié)論為今后的設(shè)計(jì)、選材提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：傳導(dǎo)性；組織結(jié)構(gòu)；整理

0　引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中飛機(jī)發(fā)生火災(zāi)事故并不罕見(jiàn)，但是一旦飛機(jī)發(fā)生失火，局部溫度可達(dá)到1 200℃以上，飛行員會(huì)被燒傷，甚至喪失生命。為了保證飛行員生命安全，各國(guó)都在研制阻燃織物。這些織物必須具有耐高溫、熔點(diǎn)高、在空氣中不燃燒、不熔融、不蔓延、離火自熄、尺寸穩(wěn)定性、氧化穩(wěn)定性和水解穩(wěn)定性的特點(diǎn)。中國(guó)上世紀(jì)從七十年代起致力于阻燃織物的研制與開(kāi)發(fā)，八十年代末初見(jiàn)成效，九十年代運(yùn)用于新機(jī)種配套的飛行員個(gè)體防護(hù)救生服裝，現(xiàn)已推廣應(yīng)用到所有機(jī)種配套的飛行員救生服裝。

而阻燃織物的大量采用，必然涉及到織物燃燒性能的測(cè)試及阻燃性能的測(cè)試——熱防護(hù)性能的測(cè)試研究。在阻燃材料大量推廣使用之前必須建立一套完整的燃燒性能測(cè)試設(shè)備和儀器，以滿(mǎn)足生產(chǎn)試驗(yàn)和研究開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)使用。

熱傳導(dǎo)是指熱量沿物體的傳遞。在熱防護(hù)方面，熱傳導(dǎo)的傷害主要來(lái)自于火焰和熔融金屬濺射物等與服裝的接觸，熱量通過(guò)服裝傳遞到人體并對(duì)人體造成傷害。織物的厚度、密度、含濕量和纖維類(lèi)型對(duì)防護(hù)服的熱傳導(dǎo)性能影響很大，因此，織物熱傳導(dǎo)性能測(cè)定儀為防護(hù)服的檢測(cè)提供了有效、科學(xué)和先進(jìn)的方法。

歐美等國(guó)家對(duì)熱防護(hù)紡織品的研究較早，目前已制定并實(shí)施了一系列先進(jìn)、日趨完善的熱防護(hù)服產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，如符合歐盟的EN366和EN367、美國(guó)的ASTM D 4108、NFPA 1971、NFPA 1977以及模擬Manikin法等的測(cè)試儀器，它們的主要差別在于熱輻射和對(duì)流熱的比例、量熱器的質(zhì)量、測(cè)試試樣規(guī)格以及試樣放置方式等。美國(guó)將熱輻射和熱傳導(dǎo)合二為一，僅測(cè)定防護(hù)服的熱防護(hù)系數(shù)（TPP）。而歐盟EN 366、EN 367分別制定了防護(hù)服熱輻射和熱傳導(dǎo)的測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)，采取分項(xiàng)測(cè)試的方法，使試驗(yàn)更加科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)和精確。

在中國(guó)的航空救生領(lǐng)域中，目前僅限于對(duì)主體原材料進(jìn)行燃燒性能的判定，如垂直燃燒法測(cè)定試樣的損毀長(zhǎng)度、續(xù)燃時(shí)間、陰燃時(shí)間等，水平燃燒法測(cè)定試樣的燃燒速率，極限氧指數(shù)法測(cè)定試驗(yàn)燃燒的難易程度等，但對(duì)于救生裝備用主體材料的熱防護(hù)性能研究尚屬空白。

試驗(yàn)以飛行員個(gè)體防護(hù)救生服裝用主體材料為研究對(duì)象，結(jié)合產(chǎn)品的技術(shù)性能要求和使用環(huán)境，對(duì)主體材料的熱傳導(dǎo)性能進(jìn)行研究，主要包括試驗(yàn)設(shè)備改進(jìn)、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的制定和試驗(yàn)驗(yàn)證等。

1　試驗(yàn)材料

根據(jù)個(gè)體防護(hù)救生裝備產(chǎn)品用特紡材料的技術(shù)要求和具體使用環(huán)境，選擇試驗(yàn)材料時(shí)以點(diǎn)帶面，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　試驗(yàn)材料

2　試驗(yàn)儀器

熱傳導(dǎo)性能試驗(yàn)設(shè)備采用公司現(xiàn)有的LFY-893織物熱傳導(dǎo)性能測(cè)試儀，其相關(guān)技術(shù)規(guī)格如下：

（1）火焰溫度測(cè)量范圍：0～999℃；

（2）熱傳導(dǎo)溫度溫升：（24±0.2）℃；

（3）計(jì)時(shí)器量程：0～99.99 s；

（4）試樣尺寸：140 mm×140 mm；

（5）純銅量熱器質(zhì)量：（18±0.05）g；

（6）火焰溫度：850℃；

（7）燃燒器頂端與試樣下表面距離：50 mm；

（8）燃?xì)猓罕椤?/p>

3　試驗(yàn)步驟

3.1試驗(yàn)準(zhǔn)備

試驗(yàn)前，先用模板在距布端至少50 mm處裁制3只試樣，置于溫度為（20±2）℃、濕度為（65±2）%的環(huán)境條件下平衡24 h以上，再將儀器平放于牢固的工作臺(tái)上。

3.2試驗(yàn)參數(shù)設(shè)定

接通儀器后按規(guī)定要求設(shè)定熱傳導(dǎo)溫度、顯示溫度、火焰溫度等，計(jì)時(shí)器歸零。

3.3連接氣源

將減壓閥與丙烷氣瓶相連，用煤氣管將儀器后蓋長(zhǎng)孔處的管口與氣瓶相連，打開(kāi)氣瓶供氣閥門(mén)。

3.4操作步驟

3.4.1打開(kāi)儀器前門(mén)，將支架板沿導(dǎo)軌拖至左部，離開(kāi)燃燒器上方。取下量熱器和試樣壓板，將已平衡好的試樣平整地置于支架板上，然后依次放置試樣、試樣壓板、量熱器。將量熱器擺放至試樣壓板上的圓孔內(nèi)。無(wú)論試樣有多少層，擺放須按照平時(shí)穿著時(shí)的狀態(tài)，朝向外面的一側(cè)在最下層。

3.4.2逆時(shí)針?lè)较蚓従徯D(zhuǎn)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，此時(shí)火焰溫度開(kāi)始上升。當(dāng)火焰溫度達(dá)到850℃且燃燒穩(wěn)定后，用左手握住支架板的尼龍手柄，將支架板沿導(dǎo)軌迅速推到整個(gè)導(dǎo)軌最右端直到壓下計(jì)時(shí)開(kāi)關(guān)。

3.4.3計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，熱傳導(dǎo)溫度開(kāi)始上升。此時(shí)需注意觀察并記錄試樣外觀變化，觀察是否出現(xiàn)收縮、燒焦、炭化、破洞、發(fā)光、熔化、熔滴等現(xiàn)象。當(dāng)熱傳導(dǎo)溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，蜂鳴器響起，計(jì)時(shí)器時(shí)間鎖定，此時(shí)迅速將支架板向左側(cè)拖離點(diǎn)火器。3.4.4記錄計(jì)時(shí)器顯示時(shí)間，一般將測(cè)試三只試樣所記錄時(shí)間的平均值作為該試樣的熱傳導(dǎo)系數(shù)表征值。

4　結(jié)果與分析

按照試驗(yàn)步驟，對(duì)每種選定的材料進(jìn)行熱傳導(dǎo)性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　各類(lèi)材料熱傳導(dǎo)性能試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)熱力學(xué)定律，熱傳導(dǎo)是物體內(nèi)部或物體之間不存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況下傳遞熱能的過(guò)程。由此可見(jiàn)，只有固體才能實(shí)現(xiàn)熱傳導(dǎo)。

將試樣置于中間開(kāi)有50 mm×50 mm方孔的樣架上，在試樣上再放置純銅板和量熱器，銅片量熱器裝在一塊絕熱盤(pán)上，銅片表面與量熱器表面平齊，在保證與試樣背面緊貼的同時(shí)，又可以有效地防止織物受熱收縮，燃燒器頂端距試樣下表面距離為50 mm。

式中：M——量熱器的質(zhì)量/kg

Cp——量熱器的比熱/kJ·（kg·K）-1

R——升溫速率/℃·s-1

A——量熱器受熱面積/m2

試驗(yàn)時(shí)，將試樣置于恒定熱流密度的火源之上，通過(guò)試樣背部的量熱器測(cè)量溫升（24±0.2）℃所需要的時(shí)間，該時(shí)間為熱傳遞指數(shù)（HTI）。

根據(jù)公式可以看出，熱傳遞指數(shù)（HTI）越大，防護(hù)服的熱傳導(dǎo)性越差，其防護(hù)性能越好。

通過(guò)對(duì)不同原料、不同組織結(jié)構(gòu)、不同厚度的試樣的熱傳導(dǎo)性測(cè)試，可發(fā)現(xiàn)：

（1）不同材料的熱傳導(dǎo)性能與原材料關(guān)系密切相關(guān)，芳綸1313、芳綸1414純紡或混紡織物的熱傳導(dǎo)系數(shù)高，表明其隔熱性能較好；

（2）相同原料的織物，厚型織物隔熱性能優(yōu)于薄型織物；

（3）原絲經(jīng)過(guò)阻燃加工的織物隔熱性能優(yōu)于后整理阻燃加工的織物；

（4）經(jīng)過(guò)阻燃整理的天然纖維隔熱性能優(yōu)于化學(xué)纖維。

5　結(jié)論

通過(guò)對(duì)各類(lèi)材料熱傳導(dǎo)性能的測(cè)試，分析了不同種類(lèi)特紡材料熱傳導(dǎo)性能的變化情況，試驗(yàn)得到的相關(guān)數(shù)據(jù)可為設(shè)計(jì)人員提供參考。

試驗(yàn)研究表明，織物熱傳導(dǎo)性能的影響因素主要為熱源、原材料的傳導(dǎo)性、材質(zhì)、組織結(jié)構(gòu)和整理方式等。

在實(shí)際應(yīng)用中，由于飛行員個(gè)體防護(hù)救生裝備使用環(huán)境的復(fù)雜性，其熱傳導(dǎo)性能要求也日益提高，希望所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠?yàn)轱w行員個(gè)體防護(hù)救生裝備主體材料熱防護(hù)性能的進(jìn)一步研究奠定良好基礎(chǔ)。

Heat transfer performance test of fabric

Zhang Rong
（Hangyu Lifesaving Equipment Co.，Ltd，Hubei 441003，China）

Abstract:In this paper，the heat conduction performance of special materials for lifesaving equipment products under the different environment condition is studied.The experimental result show that the main influence factors are heat source，heat conduction performance，fabric weave structure and the flame retardant finishing. The conclusion is the basis for design and material selection in future.

Key words:heat conduction performance，weave structure，finishing

中圖分類(lèi)號(hào)：TS107

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-7046（2016）02-0012-03

收稿日期：2016-02-26

作者簡(jiǎn)介：張榮（1965—），男，高級(jí)工程師，主要從事航空紡織材料技術(shù)研制工作。