织物热传导性能试验

张荣（航宇救生装备有限公司，湖北襄阳441003）



织物热传导性能试验

张荣
（航宇救生装备有限公司，湖北襄阳441003）

摘要：研究了救生装备产品在使用环境条件下不同特纺材料的热传导性能。结果表明，织物热传导性能的影响因素为热源、原材料的传导性、组织结构和织物阻燃整理方式等，这一结论为今后的设计、选材提供了依据。

关键词：传导性；组织结构；整理

0　引言

现代战争中飞机发生火灾事故并不罕见，但是一旦飞机发生失火，局部温度可达到1 200℃以上，飞行员会被烧伤，甚至丧失生命。为了保证飞行员生命安全，各国都在研制阻燃织物。这些织物必须具有耐高温、熔点高、在空气中不燃烧、不熔融、不蔓延、离火自熄、尺寸稳定性、氧化稳定性和水解稳定性的特点。中国上世纪从七十年代起致力于阻燃织物的研制与开发，八十年代末初见成效，九十年代运用于新机种配套的飞行员个体防护救生服装，现已推广应用到所有机种配套的飞行员救生服装。

而阻燃织物的大量采用，必然涉及到织物燃烧性能的测试及阻燃性能的测试——热防护性能的测试研究。在阻燃材料大量推广使用之前必须建立一套完整的燃烧性能测试设备和仪器，以满足生产试验和研究开发新产品实验使用。

热传导是指热量沿物体的传递。在热防护方面，热传导的伤害主要来自于火焰和熔融金属溅射物等与服装的接触，热量通过服装传递到人体并对人体造成伤害。织物的厚度、密度、含湿量和纤维类型对防护服的热传导性能影响很大，因此，织物热传导性能测定仪为防护服的检测提供了有效、科学和先进的方法。

欧美等国家对热防护纺织品的研究较早，目前已制定并实施了一系列先进、日趋完善的热防护服产品标准和测试标准，如符合欧盟的EN366和EN367、美国的ASTM D 4108、NFPA 1971、NFPA 1977以及模拟Manikin法等的测试仪器，它们的主要差别在于热辐射和对流热的比例、量热器的质量、测试试样规格以及试样放置方式等。美国将热辐射和热传导合二为一，仅测定防护服的热防护系数（TPP）。而欧盟EN 366、EN 367分别制定了防护服热辐射和热传导的测试方法标准，采取分项测试的方法，使试验更加科学、严谨和精确。

在中国的航空救生领域中，目前仅限于对主体原材料进行燃烧性能的判定，如垂直燃烧法测定试样的损毁长度、续燃时间、阴燃时间等，水平燃烧法测定试样的燃烧速率，极限氧指数法测定试验燃烧的难易程度等，但对于救生装备用主体材料的热防护性能研究尚属空白。

试验以飞行员个体防护救生服装用主体材料为研究对象，结合产品的技术性能要求和使用环境，对主体材料的热传导性能进行研究，主要包括试验设备改进、试验标准的制定和试验验证等。

1　试验材料

根据个体防护救生装备产品用特纺材料的技术要求和具体使用环境，选择试验材料时以点带面，结果见表1。

表1　试验材料

2　试验仪器

热传导性能试验设备采用公司现有的LFY-893织物热传导性能测试仪，其相关技术规格如下：

（1）火焰温度测量范围：0～999℃；

（2）热传导温度温升：（24±0.2）℃；

（3）计时器量程：0～99.99 s；

（4）试样尺寸：140 mm×140 mm；

（5）纯铜量热器质量：（18±0.05）g；

（6）火焰温度：850℃；

（7）燃烧器顶端与试样下表面距离：50 mm；

（8）燃气：丙烷。

3　试验步骤

3.1试验准备

试验前，先用模板在距布端至少50 mm处裁制3只试样，置于温度为（20±2）℃、湿度为（65±2）%的环境条件下平衡24 h以上，再将仪器平放于牢固的工作台上。

3.2试验参数设定

接通仪器后按规定要求设定热传导温度、显示温度、火焰温度等，计时器归零。

3.3连接气源

将减压阀与丙烷气瓶相连，用煤气管将仪器后盖长孔处的管口与气瓶相连，打开气瓶供气阀门。

3.4操作步骤

3.4.1打开仪器前门，将支架板沿导轨拖至左部，离开燃烧器上方。取下量热器和试样压板，将已平衡好的试样平整地置于支架板上，然后依次放置试样、试样压板、量热器。将量热器摆放至试样压板上的圆孔内。无论试样有多少层，摆放须按照平时穿着时的状态，朝向外面的一侧在最下层。

3.4.2逆时针方向缓缓旋转点火开关，此时火焰温度开始上升。当火焰温度达到850℃且燃烧稳定后，用左手握住支架板的尼龙手柄，将支架板沿导轨迅速推到整个导轨最右端直到压下计时开关。

3.4.3计时器开始计时，热传导温度开始上升。此时需注意观察并记录试样外观变化，观察是否出现收缩、烧焦、炭化、破洞、发光、熔化、熔滴等现象。当热传导温度达到设定值时，蜂鸣器响起，计时器时间锁定，此时迅速将支架板向左侧拖离点火器。3.4.4记录计时器显示时间，一般将测试三只试样所记录时间的平均值作为该试样的热传导系数表征值。

4　结果与分析

按照试验步骤，对每种选定的材料进行热传导性能试验，试验结果见表2。

表2　各类材料热传导性能试验结果

根据热力学定律，热传导是物体内部或物体之间不存在相对运动的情况下传递热能的过程。由此可见，只有固体才能实现热传导。

将试样置于中间开有50 mm×50 mm方孔的样架上，在试样上再放置纯铜板和量热器，铜片量热器装在一块绝热盘上，铜片表面与量热器表面平齐，在保证与试样背面紧贴的同时，又可以有效地防止织物受热收缩，燃烧器顶端距试样下表面距离为50 mm。

式中：M——量热器的质量/kg

Cp——量热器的比热/kJ·（kg·K）-1

R——升温速率/℃·s-1

A——量热器受热面积/m2

试验时，将试样置于恒定热流密度的火源之上，通过试样背部的量热器测量温升（24±0.2）℃所需要的时间，该时间为热传递指数（HTI）。

根据公式可以看出，热传递指数（HTI）越大，防护服的热传导性越差，其防护性能越好。

通过对不同原料、不同组织结构、不同厚度的试样的热传导性测试，可发现：

（1）不同材料的热传导性能与原材料关系密切相关，芳纶1313、芳纶1414纯纺或混纺织物的热传导系数高，表明其隔热性能较好；

（2）相同原料的织物，厚型织物隔热性能优于薄型织物；

（3）原丝经过阻燃加工的织物隔热性能优于后整理阻燃加工的织物；

（4）经过阻燃整理的天然纤维隔热性能优于化学纤维。

5　结论

通过对各类材料热传导性能的测试，分析了不同种类特纺材料热传导性能的变化情况，试验得到的相关数据可为设计人员提供参考。

试验研究表明，织物热传导性能的影响因素主要为热源、原材料的传导性、材质、组织结构和整理方式等。

在实际应用中，由于飞行员个体防护救生装备使用环境的复杂性，其热传导性能要求也日益提高，希望所得试验数据能够为飞行员个体防护救生装备主体材料热防护性能的进一步研究奠定良好基础。

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

中图分类号：TS107

文献标识码：A

文章编号：1001-7046（2016）02-0012-03

收稿日期：2016-02-26

作者简介：张荣（1965—），男，高级工程师，主要从事航空纺织材料技术研制工作。