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紡織品燃燒性能的影響因素

2018/11/12

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紡織品燃燒性能測試方法包括垂直燃燒法、45°燃燒法、水平燃燒法和氧指數法;根據火源的不同又分為耐香煙點燃陰燃測試和耐火焰燃燒測試[1~ 4]。 同一織物的燃燒性能測試會因發布機構的不同而有多種標準,如美國消費品安全委員會(CPSC)、美國測試與材料協會(ASTM)、加拿大國家標準協會(CAN/ CGSB)、歐洲標準協會(EN)、英國標準協會(BS)、德國標準協會(DIN)、國際化標準組織(ISO)等制定的各種紡織品燃燒性能測試標準以及我國的相關國家標準(GB)和紡織行業標準(FZ)等。 各國標準的差異致使可以用不同的測試方法評價織物,而且單一的燃燒測試方法也不能全面地反映某些材料的燃燒性能,應將多種測試方法結合起來進行綜合評價[5~ 8]。
 
在國際紡織品貿易中,往往需要按照紡織品消費國制定的標準進行測試并具有相關合格檢驗報告才能進入當地市場銷售。 美國是我國服用紡織品的消費大國,而我國出口美國的紡織品因燃燒性能不合格而被處罰的現象屢見不鮮,這應該引起相關企業和檢測機構的重視。 美國對紡織品燃燒性能的測試有多個標準,為分析測試條件對測試數據的影響,本文以美國費品安全委員會(CPSC)制定的服用紡織品易燃性法規———16 CFR 1610 為例進行試驗分析。
 
在按照 16 CFR 1610 法規測試紡織品的燃燒性能的過程中,有很多因素會影響測試結果。 通過對 16CFR 1610 的仔細解讀,從中選出 3 個主要影響因素進行分析,包括測試樣品準備階段進行樣品烘干后的冷卻時間、樣品干洗階段的干洗方法和水洗階段的水溫控制[8]。
 
一、試驗部分
1、測試原理
以織物的燃燒速率進行評判:紡織品按 16 CFR1610 規定的方法與火焰接觸一定的時間后,移去火焰,測定一定長度織物的燃燒時間。 燃燒時間越長,則織物的阻燃性能越好。
16 CFR 1610 測試采用 45°燃燒法,其在特定的測試裝置內,將先烘干再冷卻的標樣以 45°放置,用商業級丁烷氣火焰在標樣下部表面點火 1 s,觀察點燃情況并記錄燃燒一定距離所需時間。 16 CFR 1610 規定分兩步測定樣品的燃燒性能,即先后對樣品初始狀態的易燃性和經過干洗和水洗處理后樣品的易燃性進行測定。 織物先經過預判,找到燃燒速度最快的方向,對速度最快的方向進行測試,共 5 個樣品,取平均值。 每個樣品大小為 150 mm×50 mm。 依據織物的燃燒時間、燃燒現象對織物進行分級。 織物的燃燒性能分為 3 個等級:(1)等級 1。 對于表面平滑的紡織品為未點燃,或燃燒時間≥3.5 s;對于表面有凸起纖維的紡織品為未點燃,或燃燒時間>7 s,或者燃燒時間 0~7 s,但基布不燃燒,只是表面快速燃燒; (2)等級 2。 對于表面平滑的紡織品不適用;對于表面有凸起纖維的紡織品為4 s≤燃燒時間≤7 s,基布燃燒。 (3)等級 3。 對于表面平滑的紡織品為燃燒時間<3.5 s;對于表面有凸起纖維的紡織品為燃燒時間<4 s,基布燃燒。 如果原樣測試結果屬于等級 1 或等級 2,則測試洗后樣。 屬于等級 3,直接歸類到等級 3,不測試洗后樣。 測試洗后樣的樣品,取兩步燃燒結果較差的等級。
 
二、結果與討論
16 CFR 1610 法規將服用紡織品按照表面狀態分
為表面平滑的紡織品(光面織物)和表面有凸起纖維的紡織品(絨面織物)兩類。 此次試驗中,對冷卻時間和水洗溫度兩個影響因素的分析選用光面織物,對干洗方法的影響分析則選用光面織物和絨面織物進行綜合考慮。
1、冷卻時間的影響
測試樣在烘干后的冷卻時間分別為 15 和 60 min,按照 16 CFR 1610 法規規定在相同條件下進行測試的結果如下:燃燒特征均為基布燃燒,樣品 A1 ~ 5 原樣,冷卻 15 min 后,燃燒時間分別為 5. 6、5. 9、6. 3、6. 0、6.0 s,平均值為 6.0,CV 值為 4.2%;樣品 A1 ~ 5 原樣冷卻 60 min 后的燃燒時間分別為 7.2、6.6、7.1、6.5、6.4 s,平均值為 6.8,CV 值為 5.4%;樣品 A1 ~ 5 原樣一次干洗/ 水洗后,冷卻 15 min 后,燃燒時間分別為6.2、6.8、6.3、6.3、6.8 s,平均值為 6.5,CV 值為4.6%;樣品 A1 ~ 5
原樣一次干洗/ 水洗后,冷卻60 min后的燃燒時間分別為 7.1、7.5、7.6、7.6、7.5 s,平均值為 7.5,CV 值為 2.8%。
在 16 CFR 1610 法規中對冷卻時間要求為 15 min以上直至室溫。 本試驗采用平紋組織的棉織物(樣品A)測試,冷卻 60 min 的試樣比冷卻 15 min 的試樣的燃燒時間要長。 有經驗表明,在毛巾類等絨面織物的燃燒測試中,冷卻時間不同可能導致測試數據相差 5 s以上。 因此,盡管 16 CFR 1610 法規對冷卻時間沒有明確規定, 但在測試中應將冷卻時間統一為 25 ~30 min為宜。
2、水洗溫度的影響
測試樣在水洗過程中采用的水溫分別為 49℃ 和60℃ ,在按照 16 CFR 1610 法規規定在相同條件下進行測試的結果如下:燃燒特征均為基布燃燒,樣品 B1~5 原樣的燃燒時間分別為 5.2、5.0、5.2、5.0、4.9 s,平均值 5.1,CV 值為 2.7%;在水洗溫度 49℃ 下進行的一次干洗/ 水洗后,燃燒時間分別為 5.6、5.5、6.1、4.8、5.0s,平均值 5.4,CV 值為 9.5%;在水洗溫度 60℃ 條件下B1~5 原樣的燃燒時間分別為 9.3、8.9、8.7、9.1、9.0 s,平均值 9.0,CV 值為 2.5%。
在 16 CFR 1610 法規中規定,測試時采用的水洗溫度為 49℃ ±3℃ ,但在實際測試過程中,可能會由于測試員操作不當或對水溫變化帶來的影響沒有引起足夠的重視,從而導致測試數據的偏差。 本試驗采用平紋粘膠織物(樣品 B) 進行試驗。 水洗溫度過高會引起織物縮率過大,導致測試數據與正常測試值有較大偏差,直接影響對紡織品的燃燒性能評級。 16 CFR1610 法規選用更貼近實際洗滌時的水溫,能更準確地評定服用紡織品在使用過程中的燃燒性能。 此次試驗驗證,試樣檢測過程中任何一個細節的失誤均會使得試驗數據出現偏差甚至錯誤,影響測試結果的準確性。因此,在測試過程中,應力求試驗條件和操作方法與法規保持一致,這樣才能使測試數據再現性提高。
3、干洗方法的影響
最新修訂的 16 CFR 1610 法規中規定,服用紡織品燃燒性能測試采用的干洗方法由干洗罐法修訂為商業干洗法。 為了解兩種干洗方法對測試結果的影響,本研究選用了結構簡單的平紋純棉織物和 3 種純棉絨面織物分別進行測試,試驗結果見表 2。
紡織品燃燒性能的影響因素
為表面閃燃,基布在點火點燃燒,SF POI 為表面閃燃;僅在點火點處(等同于非起絨織物的 DNI)。
通過表 2 可見,樣品 C 采用兩種干洗方法后進行燃燒測試的數據相近,而樣品 D、E 和 F 的測試數據因干洗方法的不同而有較大差別。 分析得出,造成這種結果的原因是兩種干洗方法的程度不一致。 樣品 C因其面料輕薄且組織簡單,在兩種干洗條件下干洗程度相近,故測試結果差別不大。 而樣品 D、E 和 F 是較厚的純棉絨面織物,在采用干洗罐法進行干洗時,干洗程度低于商業干洗法,導致兩種干洗方法有較大差別。此外,干洗罐法由于干洗均勻程度較差,易導致樣品測試數據之間有較大差別,如樣品 E 采用干洗罐法干洗后的測試數據 CV 值高達 15.6%。 與干洗罐法測試數據偏差較大對比發現,各樣品在原樣狀態和采用商業干洗法干洗后得到的測試數據之間偏差較小,說明采用干洗機干洗能使各樣品干洗的均勻徹底,這也使得測試數據更準確。
在對絨面織物進行燃燒性能測試之前,要求對絨面織物進行刷毛。 對比樣品 D、E 和 F 3 種絨面織物,由于其自身結構等不同會造成原料一致的情況下仍有數據差異。 刷毛不勻也會造成同一樣品各次測試數據之間的偏差。 因此在取樣過程中應選取具有代表性的均勻的部位進行測試。
16 CFR 1610 法規根據服用紡織品的燃燒性能測試數據而對其進行分級評價。 通過試驗數據可以看出,試驗條件的不同會使試驗數據有較大偏差,這會嚴重影響試樣的燃燒性能等級評定,尤其是試樣燃燒測試數據在各級臨界點附近徘徊時,試驗條件對其等級評定的重要性更加突出。
 
三、結 語
美國消費品安全委員會(CPSC) 制定的 16 CFR1610 標準對服用紡織品的燃燒性能有明確的等級規定。 服用紡織品的燃燒性能測試過程需要經過多道工序,在這過程中,很多因素會影響其燃燒等級判定,如測試樣在烘干后的冷卻時間、水洗過程中水溫的控制、樣品的干洗程度、測試實驗室的溫濕度、絨面織物的刷毛均勻程度等。 在測試樣品的過程中,應該嚴格按照標準的規定進行。 在標準規定的可操作范圍較大時,應選擇一個恰當的小范圍值進行,以便提高對比測試的可比性。

 


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