現(xiàn)有紡織品燃燒性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)對(duì)繩索耐火性測(cè)試的適用性探究

張 宇 黃華云 王宇驊 Chia-Te Chou

上海儀耐新材料科技有限公司，上海 201700

火災(zāi)會(huì)威脅公共安全，危害生命財(cái)產(chǎn)。紡織品是室內(nèi)主要的可燃或易燃物品，特別是裝飾用紡織品(如地毯、窗簾、非織造墻紙等)和服裝用紡織品，它們?nèi)紵龝r(shí)產(chǎn)生的熱量會(huì)灼燒人體，還會(huì)產(chǎn)生有毒煙霧，引起人體中毒、窒息，造成不可挽回的損失。因此，紡織品的阻燃性能是評(píng)判其安全性的重要指標(biāo)，各國(guó)相繼頒布了相關(guān)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)或推薦性標(biāo)準(zhǔn)，各行業(yè)也針對(duì)特定產(chǎn)品相繼頒布了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。但有關(guān)產(chǎn)業(yè)用高性能繩索，如火災(zāi)救援用繩索等，在燃燒或高溫場(chǎng)景下的性能評(píng)估及測(cè)試方法卻鮮有報(bào)道。

繩索作為一種歷史悠久的紡織制品，最早由藤蔓纏繞而成，后發(fā)展到利用天然纖維通過(guò)捻繞、編織制得。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、化工企業(yè)的飛速崛起及高性能纖維的面世，傳統(tǒng)繩索制造行業(yè)的格局發(fā)生了極大的改變。如今，繩索產(chǎn)品已突破傳統(tǒng)紡織制品，更接近纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料。一大批高性能纖維如芳綸、超高相對(duì)分子質(zhì)量聚乙烯纖維等紛紛加入到高性能繩索的制造中，它們賦予了繩索更高的性能和更廣泛的用途。此外，功能性后處理技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用也使繩索行業(yè)得到了進(jìn)一步的升級(jí)，繩索性能進(jìn)一步提升。不同功能的涂料和工藝技術(shù)有效結(jié)合，可賦予繩索耐磨、耐切割、耐日曬、耐濕熱、阻燃等功能，耐火繩就是其中的一種產(chǎn)品。

不同于裝飾用和服裝用紡織品，產(chǎn)業(yè)用高性能繩索在使用中主要利用的是其較強(qiáng)的力學(xué)抗拉性能，故繩索在燃燒或高溫場(chǎng)景下的性能評(píng)估，除了要考慮到自身的阻燃特性如續(xù)燃時(shí)間、陰燃時(shí)間、易點(diǎn)燃性、燃燒速率等之外，還應(yīng)兼顧繩索燃燒時(shí)或燃燒后的力學(xué)性能，確保繩索能在指定的條件下穩(wěn)定發(fā)揮抗拉等性能。簡(jiǎn)而言之，繩索不僅要考慮燃燒時(shí)或燃燒后的阻燃性能，還要考慮其在燃燒時(shí)或燃燒后的力學(xué)性能。

本文將以典型的現(xiàn)有傳統(tǒng)紡織品燃燒性能相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為入手點(diǎn)，分析傳統(tǒng)紡織品燃燒性能的測(cè)試方法、燃燒性能表征指標(biāo)，探究傳統(tǒng)紡織品燃燒性能測(cè)試方法對(duì)繩索耐火性能測(cè)試的適用性，旨在摸索出纖維繩索耐火性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的制定依據(jù)。

1 垂直法(GB/T 5455—2014)

在紡織品的燃燒性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中，GB/T 5455—2014《紡織品 燃燒性能 垂直方向 損毀長(zhǎng)度、陰燃和續(xù)燃時(shí)間的測(cè)定》[1]使用最為廣泛。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了垂直方向紡織品底邊點(diǎn)火時(shí)燃燒性能的試驗(yàn)方法，適用于各類(lèi)織物及其制品。其測(cè)試原理為，利用規(guī)定點(diǎn)火器產(chǎn)生的火焰對(duì)垂直方向的試樣底邊中心點(diǎn)火，在達(dá)到規(guī)定的點(diǎn)火時(shí)間后移除，測(cè)量試樣的損毀長(zhǎng)度、陰燃時(shí)間和續(xù)燃時(shí)間，并以此表征被測(cè)試樣垂直方向上的燃燒性能。GB/T 17591—2006《阻燃織物》[2]2中規(guī)定，裝飾用、飛機(jī)和輪船內(nèi)飾用，以及阻燃防護(hù)服用織物等的燃燒性能試驗(yàn)方法也為GB/T 5455。

GB/T 5455—2014要求被測(cè)試樣尺寸為300 mm×89 mm，顯然，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)被測(cè)試樣尺寸的規(guī)定限制了其適用范圍。此外，該標(biāo)準(zhǔn)中的損毀長(zhǎng)度指標(biāo)的評(píng)價(jià)方法完全不適用于繩索類(lèi)紡織品，因?yàn)闊o(wú)法根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求選擇出測(cè)試用重錘質(zhì)量。故GB/T 5455—2014只能作為繩索耐火性能測(cè)試的參照標(biāo)準(zhǔn)。

2 45°法(GB/T 14645—2014)

GB/T 14645—2014《紡織品 燃燒性能 45°方向 損毀面積和接焰次數(shù)的測(cè)定》[3]也是常用的評(píng)價(jià)紡織品燃燒性能的標(biāo)準(zhǔn)。GB/T 17591—2006《阻燃織物》[2]2規(guī)定，火車(chē)內(nèi)飾用織物的燃燒性能試驗(yàn)方法為GB/T 14645。GB/T 14645—2014標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了45°方向紡織品采用表面點(diǎn)火和底邊點(diǎn)火測(cè)定燃燒性能的兩種方法——A法和B法：

(1)A法適用于各類(lèi)織物及其制品。其測(cè)試原理為利用規(guī)定燃燒器產(chǎn)生的火焰對(duì)45°方向的試樣表面點(diǎn)火，測(cè)量規(guī)定點(diǎn)火時(shí)間后試樣的續(xù)燃時(shí)間、陰燃時(shí)間、損毀長(zhǎng)度和損毀面積。此法要求被測(cè)試樣尺寸為330 mm×230 mm，這顯然限制了該方法的適用范圍，不適用于繩索類(lèi)紡織品。

(2)B法適用于受熱熔融的紗線(xiàn)和織物。其測(cè)試原理為利用規(guī)定燃燒器產(chǎn)生的火焰對(duì)45°方向的試樣底邊點(diǎn)火，測(cè)量接焰次數(shù)。該方法要求被測(cè)試樣長(zhǎng)度為100 mm，質(zhì)量約為1 g。通過(guò)記錄試樣熔融燃燒90 mm長(zhǎng)度所需的接焰次數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)被測(cè)試樣的燃燒性能。雖然，此法對(duì)被測(cè)試樣的要求符合繩索的特征，但接焰次數(shù)指標(biāo)僅適用于受熱熔融的紗線(xiàn)和織物，也不適用于繩索耐火性能的評(píng)價(jià)。

3 水平法(FZ/T 01028—2016)

FZ/T 01028—2016《紡織品 燃燒性能 水平方向燃燒速率的測(cè)定》[4]規(guī)定了水平方向織物采用底邊點(diǎn)火測(cè)定其燃燒性能的試驗(yàn)方法。該標(biāo)準(zhǔn)適用于各類(lèi)織物及其制品，其測(cè)試原理為，在規(guī)定的條件下，對(duì)水平放置的試樣底邊中心點(diǎn)火，經(jīng)過(guò)一定的點(diǎn)火時(shí)間后，測(cè)量試樣的火焰蔓延距離及火焰蔓延時(shí)間，計(jì)算燃燒速率，以表征試樣水平方向上的燃燒性能。GB/T 17591—2006《阻燃織物》[2]2規(guī)定，交通工具中汽車(chē)的內(nèi)飾用織物的燃燒性能試驗(yàn)方法為FZ/T 01028。

FZ/T 01028—2016要求被測(cè)試樣尺寸為340 mm×100 mm，但尺寸不足的試樣也可以進(jìn)行測(cè)試，如對(duì)于寬度小于60 mm的試樣，長(zhǎng)度取340 mm即可。但是在實(shí)際操作中，受夾具的限制，繩索試樣的固定方式較難實(shí)現(xiàn)，故該標(biāo)準(zhǔn)也只能作為繩索燃燒性能測(cè)試的參照標(biāo)準(zhǔn)，在表征繩索水平方向燃燒速率方面具有一定的參考意義。

4 其他方法

除此之外，紡織品燃燒性能相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)還有GB/T 5456—2009 《紡織品 燃燒性能 垂直方向試樣火焰蔓延性能的測(cè)定》[5]、GB/T 8745—2001《紡織品 燃燒性能 織物表面燃燒時(shí)間的測(cè)定》[6]、GB/T 8746—2009 《紡織品 燃燒性能 垂直方向試樣易點(diǎn)燃性的測(cè)定》[7]、GB/T 5454—1997《紡織品 燃燒性能試驗(yàn) 氧指數(shù)法》[8]、GB/T 11049—2008《地毯燃燒性能 室溫片劑實(shí)驗(yàn)法》[9]等，但也未被纖維繩索行業(yè)采用，原因主要在于：

(1)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5456—2009中的火焰蔓延性能與標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5455—2014中的陰燃時(shí)間和續(xù)燃時(shí)間有一定的關(guān)系，火焰蔓延會(huì)產(chǎn)生陰燃時(shí)間或續(xù)燃時(shí)間。纖維繩索行業(yè)更傾向于采用規(guī)范結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)，故業(yè)內(nèi)較多采用GB/T 5455—2014作為繩索/織帶耐火性能測(cè)試的參照標(biāo)準(zhǔn)。

(2)GB/T 5455—2014中關(guān)注的考察指標(biāo)如損毀長(zhǎng)度、陰燃時(shí)間和續(xù)燃時(shí)間等是從產(chǎn)品的性能著手的。而GB/T 8745—2001、GB/T 8746—2009和GB/T 5454—1997則主要提供了針對(duì)紡織品燃燒性能的測(cè)試方法，對(duì)規(guī)范纖維繩索產(chǎn)品耐火性能測(cè)試意義不大。

(3)GB/T 11049—2008針對(duì)地毯產(chǎn)品的燃燒性能提供了測(cè)試方法。但纖維繩索產(chǎn)品與地毯產(chǎn)品相比，無(wú)論是在外觀形態(tài)上，還是在承擔(dān)載荷上(纖維繩索產(chǎn)品主要承擔(dān)軸向的張力載荷，而地毯產(chǎn)品主要承擔(dān)平面上的壓力載荷)，都大不相同，所以較難采用GB/T 11049—2008作為纖維繩索耐火性能的參考標(biāo)準(zhǔn)。

另外，GB/T 12731—2014《阻燃V帶》[10]中利用具有一定溫度的火焰灼燒V帶試樣，一定時(shí)間后移去火焰，測(cè)定試樣明焰和無(wú)焰燃燒至自動(dòng)熄滅所需的時(shí)間即續(xù)燃時(shí)間和陰燃時(shí)間，用以表征阻燃V帶的阻燃性能。試驗(yàn)方法與前述紡織品燃燒性能測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)不同：(1)該標(biāo)準(zhǔn)采用酒精噴燈作為點(diǎn)火源；(2)被測(cè)試樣為同一條V帶上截取的6段，每段長(zhǎng)度大于100 mm，要求切割面整齊，且與頂面垂直；(3)檢測(cè)時(shí)，V帶試樣切割端面位于鉛垂平面上，V帶試樣頂面呈鉛垂方向。該阻燃性測(cè)試方法并未參照GB/T 5455，而是重新定義了試樣的制備及阻燃試驗(yàn)方法。

5 阻燃和耐火

GB/T 19666—2019《阻燃和耐火電線(xiàn)電纜或光纜通則》[11]對(duì)“阻燃”和“耐火”進(jìn)行了明確的定義，其中：阻燃(flame retardance)是指試樣具有阻止或延緩火焰發(fā)生或蔓延能力的特性，表現(xiàn)為試樣在規(guī)定條件下被燃燒，撤去火源后火焰在試樣上的蔓延僅在限定的范圍內(nèi)；耐火(fire resistance)是指試樣在規(guī)定火源和時(shí)間條件下被燃燒時(shí)仍能持續(xù)地在指定的條件下運(yùn)行的特性?？梢?jiàn)，阻燃有阻止燃燒、不助火勢(shì)之意；耐火則為經(jīng)得起火燒,高溫或燃燒后仍能發(fā)揮一定的性能?，F(xiàn)有的紡織品阻燃性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)集中在描述產(chǎn)品的可燃性能、極限氧指數(shù)、續(xù)燃時(shí)間、陰燃時(shí)間、損毀長(zhǎng)度，或者是燃燒后煙氣的危害等方面，這些表征對(duì)一般紡織品已經(jīng)足夠；但耐火繩索是具有力學(xué)強(qiáng)度要求的一類(lèi)特殊紡織品，現(xiàn)有阻燃標(biāo)準(zhǔn)僅能描述其燃燒性能，無(wú)法描述其耐火性能。

6 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)行的紡織品燃燒性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)多用來(lái)規(guī)范平面織物或相關(guān)產(chǎn)品(如機(jī)織物、針織物、非織造布、涂層織物、層壓織物、地毯織物等)的燃燒性能，而對(duì)于一維的繩索類(lèi)紡織品，其耐火性能無(wú)明確的標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試方法。

繩索在使用過(guò)程中主要起連接兩點(diǎn)、承受拉力的作用，其主要的力學(xué)性能涉及強(qiáng)度、延伸率和疲勞性能等。一根擁有較好阻燃指標(biāo)的纖維繩索，并不意味著其力學(xué)性能也具有較好的耐火性。部分阻燃纖維繩索雖不易燃燒，但其力學(xué)性能可能在高溫環(huán)境中急劇下降。例如，火災(zāi)用消防逃生繩索現(xiàn)多為尼龍材質(zhì)，并添加有阻燃劑，在遇到高溫或明火時(shí)消防逃生繩索雖不易燃燒，但會(huì)釋放有毒物質(zhì)，且其力學(xué)性能會(huì)大幅降低。因此，僅采用阻燃指標(biāo)來(lái)表征耐火性，會(huì)對(duì)使用者造成誤導(dǎo)，埋下更大的安全隱患。因此，如何描述繩索在燃燒時(shí)或燃燒后的力學(xué)性能是否滿(mǎn)足使用要求，是標(biāo)準(zhǔn)化繩索耐火性能測(cè)試的目的。對(duì)于耐火繩索類(lèi)產(chǎn)業(yè)用紡織品，應(yīng)在使用阻燃指標(biāo)(如續(xù)燃時(shí)間、陰燃時(shí)間、損毀長(zhǎng)度、損毀面積、易點(diǎn)燃性、燃燒速率等)的同時(shí)，視實(shí)際應(yīng)用增加相關(guān)力學(xué)耐火性能指標(biāo)，如點(diǎn)燃時(shí)或點(diǎn)燃后的強(qiáng)力及強(qiáng)力損失率等。只有通過(guò)這種全面的測(cè)試表征方法，才可以確保耐火繩索等產(chǎn)品在點(diǎn)燃或高溫等情況下的使用安全性。