技術文章 | FTT阻燃設備用于紡織品阻燃材料測試

時間：2025/8/26閱讀：279

紡織品在服裝、床上用品、窗簾和其他裝飾品中有廣泛的應用。但是紡織品具有高度易燃性，對住宅生活造成重大火災隱患,據統計，超50%的失火事故源于紡織品阻燃性能差[1]。

因此具有優異阻燃和熱防護性能的紡織品以及消防防護服對于各種活動至關重要。

我國在20世紀初期開始開發紡織品阻燃技術，隨著阻燃技術較快、較系統地發展，阻燃防護服、阻燃機織物等的阻燃標準也隨之發展。對紡織品的阻燃測試也應運而生。

我國現有阻燃測試方法有8種，見表1。

表1 紡織品的阻燃測試[1]

2019年韓國學者發表的一篇名為《High flame retardancy of oxidized polyacrylonitrile fibers prepared by effective plasma-assisted thermal stabilization and electron-beam irradiation》的文章對氧化聚丙烯腈纖維的阻燃性進行提高及研究，文章中運用了多種紡織品阻燃測試設備，以下詳細介紹該文章的研究結果。

實驗內容

該研究對商用聚丙烯腈(PAN)纖維進行電子束輻照，具體為：在室溫下在空氣環境下，將幾十米的商用PAN纖維被放置在水冷臺上，使用束流能量和電流分別為1 MeV和1 mA的電子束照射200 s得到電子輻照處理的試樣。

另外再使用定制的熱穩定系統和等離子體輔助熱穩定系統，對原始PAN試樣和電子束輻照的PAN纖維進行連續穩定溫度的熱處理得到另外的試樣，不同試樣的詳細溫度及處理時間見表2，根據其最終熱處理溫度分別標記為T, ET, PT和EPT (T: 定制的熱穩定系統處理, PT: 等離子體輔助熱穩定系統處理, ET: 電子束輻照處理+定制的熱穩定系統處理, EPT: 電子束輻照處理+等離子體輔助熱穩定系統處理。

研究使用 FTT 的微型量熱儀，錐形量熱儀，UL 94水平垂直燃燒裝置和氧指數儀對所制得的試樣的阻燃性能進行研究。

表2 不同處理條件下的試樣

a 代表在每個溫度區間內的停留時間

b X代表 T, ET, PT和EPT，(T: 定制的熱穩定系統處理, PT: 等離子體輔助熱穩定系統處理, ET: 電子束輻照處理+定制的熱穩定系統處理 ,EPT: 電子束輻照處理+等離子體輔助熱穩定系統處理)

實驗結果

MCC微型量熱儀測試結果：

試樣的熱釋放速率HRR曲線圖和熱釋放數據如圖1和表3所示。在210 °C下穩定 10 min 的樣品顯示出三個熱釋放峰。第一個峰在相對較低的溫度約為290 ℃ 時，可以通過消除聚合物的側鏈來促進揮發性氣體的釋放。第二和第三峰分別在320℃和440℃左右，在此溫度下，纖維進一步降解。

T_210和PT_210試樣在加熱過程中產生了大量的可燃氣體，在 287℃處有一個強放熱峰(pHRR1), 在320℃和440℃左右分別有兩個較小的pHRR2和 pHRR3峰。

ET_210和EPT_210兩個試樣在低溫下的熱釋放減少，分別在 280 ℃和 330℃左右出現兩個較小的pHRR1和pHRR2峰，大部分熱量在高溫下釋放，TpHRR3約為 430–450℃。此外，電子束輻照光纖的HRR譜圖比原始纖維的HRR譜圖小得多，寬得多，表明試樣以高度穩定性釋放一些可燃氣體。且表明ET和EPT處理的纖維釋放的易燃的氣體總量在一定程度上減少了，而EPT處理的纖維，易燃產物的減少更為顯著。仔細觀察圖2顯示的T_260、ET_260、PT_260 和 EPT_260數據，發現EPT_260顯示出低的熱釋放，且THR值為 1.2 kJ/g。

單獨看T_series纖維的情況下，所有熱燃燒參數的值都下降了，并且隨著溫度從 210 ℃升高到 280℃，250℃的第一個峰消失了。進一步的熱處理使第二個峰轉移到更高的溫度，第三個峰在 260℃時消失。隨著穩定度的增加，T_series纖維的 THR 值從 14.3 kJ/g 急劇下降到 1.3 kJ/g。正如預期的那樣，對T_series 樣品的進一步熱處理導致其THR和氣體排放降低，并隨著其峰位置的變化而變化。T_series纖維的 THR 值以及 HRR 峰的強度和面積顯著低于 EPT_series 纖維。

表3 四種穩定化方法下試樣的MCC測試參數

圖1四種不同穩定方法下試樣的熱釋放速率 (HRR)

圖2 T_260、ET_260、PT_260、EPT_260的熱釋放速率曲線

圖3 T系列處理樣品的熱釋放速率曲線

錐形量熱儀測試結果：

錐形量熱儀測試前后的數碼照片如圖4所示。從圖中可以清楚地看到，經過錐形量熱儀測試后，純樣PAN 織物形成易碎且不完整的碳化物，然而，EPT_260樣品沒有受損。

圖4 (a) 純樣PAN , (b) FR-OPF T_260 , (c) FR-OPF EPT_260 的電子照片

圖5獲得了純樣PAN 和 FR-OPF 織物的熱釋放率（HRR）、總熱釋放（THR）、產煙速率（SPR）和總煙霧產生量（TSP）。

圖5 純樣PAN和FR-OPFs (T_260 and EPT_260) 試樣的(a) 熱釋放速率 (HRR), (b)總熱釋放 (THR), (c) 產煙速率 (SPR), and (d) 總產煙量 (TSP)

表4總結了相應的數據，包括點火時間（TTI）、 HRR 峰值（PHRR）、PHRR時的時間、THR、SPR 峰值（PSPR）、TSP、火災增長速率指數（FIGRA）等。如圖5所示，FR-OPFs（T_260 和 EPT_260）的熱釋放性能和煙霧產生顯著下降。與純樣PAN 相比， T_260 和 EPT_260 的 PHRR分別從588下降到143和 52 kW/m2。THR分別從 35.4 降低到 16.9 和 7.3 MJ/m2。這些結果表明，FR-OPFs的阻燃性能，尤其是EPT_260的阻燃性能得到了顯著增強。

表4通過錐形量熱儀獲得的純樣PAN纖維和FR-OPFs （T_260和EPT_260）紡織品的參數

a TTI：點火時間。

b PHRR：熱釋放速率峰值。

c THR：總放熱量。

d PSPR：產煙速率峰值。

e TSP：總產煙量。

f FIGRA：火災增長率指數。

此外，PSPR從 0.079 顯著降低至 0.013 和 0.002 m2/s ，TSP從4.37降低至 0.65 和 0.04 m2，這很大減少了火災中的危害。如表4所示，TTI 值從純樣的 14 s 增加到 T_260 的 17 s 和 EPT_260 的 53 s，表明與EPT_260材料相比，純樣 PAN 和 T_260 織物很容易點燃。火災增長速率指數（FIGRA）也有明顯降低。一般來說，較低的 FIGRA 值意味著爆燃的時間延遲，這使得人們有足夠的時間逃生。以上結果表明，FR-OPFs織物的點火和火勢蔓延均有被抑制，可以防止大規模火災，并顯著延長了真實火災中的逃生時間。

UL 94和LOI 測試結果：

從表5中可以觀察到，T_260 的 LOI 值25.7%，在 45.6 s內全部燃燒，未能通過 UL 94 等級。雖然ET_260的 LOI為32.9%，但是它在第二次點火后的35.1秒內全部燃燒，未能通過 UL 94 等級。這些現象表明，T_260和ET_260火勢蔓延速率高，一旦著火就沒有自熄能力。

然而，PT_260 和 EPT_260 分別通過了 UL 94 V-1 和 V-0 評級。PT_260 和 EPT_260 的 LOI 值分別高達46.8%和50.9%。

因此，可以說，可以采用電子束輻照和等離子體輔助熱處理的組合來實現低成本、高性能的 FR-OPFs。

表5 T_260、ET_260、PT_260、EPT_260的LOI值和UL 94結果

a第一次使用火焰后燃燒的持續時間 (s)。

b第二次點火后燃燒的持續時間 (s)。

c總余焰時間 (s)。

d試樣是否滴落燃燒顆粒并引燃棉布。

e沒有評級。

結論

通過包括等離子體輔助熱穩定和電子束輻照在內的優良穩定化工藝制備了具有優異阻燃性的 FR-OPFs。使用錐形量熱儀、微型量熱儀、氧指數儀，UL 94等設備測試比較了 T、ET、PT 和 EPT 纖維的阻燃性能。在測量的 FR-OPF 中，EPT_260 的 LOI 值最高，為 50.9%，具有UL 94 V-0等級。該樣品還顯示出了極低的HRR的 pHRR (14.9 W/g)，表明其高熱穩定性和阻燃性。錐形量熱測試的結果也顯示了 EPT_260 的 FR 性能顯著增強。該研究中使用的優良穩定方法為制備具有優異性能的高性價比 FR 纖維，以替代市售的 FR 纖維提供一定的理論參考。

參考文獻

[1] 熊馳宇, 史麗敏. 我國紡織品阻燃測試方法及產品標準綜述[J]. 山東紡織科技, 2020, (01): 47-52.

[2] Kil Hyun-Sig, Lee Sungho. High flame retardancy of oxidized polyacrylonitrile fibers prepared by effective plasma-assisted thermal stabilization and electron-beam irradiation[J]. Composites Part B, 2019, 107458.

在研究過程中，研究團隊使用了英國 FTT 公司的錐形量熱儀, 微型量熱儀以及氧指數儀進行測試。FTT 為阻燃設備行業提供了諸多符合國際和國內標準的阻燃設備，為*范圍內的防火測試和科學研究作出了重要貢獻。

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