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準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面以減少質量損失［４］。為了保證平表面燃燒，用不銹鋼網柵夾住試樣。由于廣泛用于室內的織物多為易燃材料，低強度輻射便能引發燃燒，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。具體工況設計參數如表１所示。
１．２儀器設備
錐形量熱儀（ＣｏｎｅＣａｌｏｒｉｍｅｔｅｒ，ＣＯＮＥ），是原美國國家標準局（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］。由于燃燒環境極相似于真實的燃燒環境，其試驗結果與大型燃燒試驗結果之間存在很好的相關性，能夠表征出材料的燃燒性能，在評價材料、材料設計和火災預防等方面具有重要的參考價值，錐形量熱儀已經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［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蔓延，因而材料的火災危險性也就越大。由表２可見，絕大多數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的熱流密度下只發生了熱解，沒有出現明火，這是因為海綿是一種聚氨酯發泡材料，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，可以發現此類樣品熱流密度和點燃時間的均方根倒數有近似線性的關系。
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，由于牛仔褲編織結構較為密實，其擬合曲線的斜率大于棉布，這說明材料組織結構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過程的重要參數之一，體現了火災中能量釋放的大小，是決定火災發展變化和火災危險程度的基本參數［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結果分析，織物材料的燃燒特征［１０］與熱流密度有關。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了在燃燒前期存在一個平臺，而后曲線上升，還出現雙峰，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。
織物組織結構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，但由于牛仔褲質地緊密（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質量損失速率
質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量損失速率峰值與平均值，結合表３～４中的數據，可以發現：各織物的質量損失速率越大，熱釋放速率也越大，說明高熱作用導致聚合物分解加速。動物纖維類織物的平均質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
在建筑火災中，由于供氧有限，且多為不燃燒，火災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。據統計建筑火災中喪生的人，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貢獻的一個重要指標［１２－１３］。
根據熱釋放速率曲線（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一個值；爾后，又隨著熱釋放速率的降低而減小。經比較可以發現海綿釋煙速度，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。
建筑火災煙氣中的毒氣以ＣＯ常見，當空氣中ＣＯ的含量超過一定量就會對人體產生傷害，因此，ＣＯ體積分數也是衡量材料火災危險性的重要參數。從圖５～６可以看出，海綿的熱解使ＣＯ體積分數迅速攀升，能夠在極短時間內達到峰值；毛衣熱解后ＣＯ體積分數也迅速攀升，而且攀升幅度；棉布、牛仔褲等棉纖維類織物ＣＯ體積分數隨時間變化趨勢相同，都出現了兩個峰值，但由于牛仔褲的編織密度大于棉布，ＣＯ體積分數峰值更高；亞麻纖維織物雖然比棉纖維織物較早發生熱解，但其ＣＯ體積分數相對較低。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種常見的室內織物的燃燒性能進行了實驗研究，分析比較了火災危險性，得到結論。
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了在燃燒前期存在一個平臺，而后曲線上升，出現雙峰特征。
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，組織結構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，室內織物的火災危險性排序為海綿＞羊毛類織物＞棉類織物＞亞麻織物。
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