一、实验目的 服装材料的热学性能是在不同温度的情况下，服装材料所表现出来的服用性能包括两方面的情况：材料在不同的热环境中的变化，它涉及材料的比热、变形（热缩与熨烫）、熔孔、燃烧（自燃与阻燃）；材料对热的阻力，它涉及材料的导热能力、保暖、灼伤与凉爽。现在的研究中还有涉及服装材料本身吸热、产热的热学性能。二、基本知识1．热阻 在服装气候里有两个热源，一个是人体，另一个是热环境。而热量总是从较高的温度处向较低的温度处转移，这样服装在人与环境中起着对热的阻挡作用。2．热变形 服装材料在生产加工、穿着使用过程中经常会处于热的环境下，如成衣染整、洗涤及熨烫等，往往都是在一定温度下进行的，因此在这些加工整理及使用过程中，热对服装的成型与保型有一定的影响。3．耐热性 服装材料在不同的温度情况下，其物理、化学性质是不同的，严格地来说，服装材料的所有性能测试都应在标准状态（20℃、相对湿度65％）下进行，否则其数值的可比性存在疑问，由此可以说服装材料性能对温度的依存度是很大的。大多数合成纤维材料在热的作用下、有玻璃态、高弹态、粘流态，直至软化、熔融。天然纤维在高温作用下，由于软化点高于分解点，因此它们不熔融而是直接分解或炭化，表7—l为各种材料的热学性能。表7—2为各种材料耐热性。4．熔孔 合成纤维织物在接触到超过其熔点的火花或热件时，接触部位就会形成孔洞，此现象称为熔孔性。其原因在于合成纤维织物受热后没有分解点而直接熔融。热体的温度高于其熔解温度时，便会产生熔融；再加之合成纤维吸湿性较差，回潮率较低，合成纤维受热后迅速吸收热量并形成热力聚中。对于其它纤维则由于回潮率较高，受热后，水分吸收热量，加速热量散逸，从而可以避免熔孔。表7—1 各种纤维的热学性能
表7—2 各种材料的耐热性
5．阻燃 当服装材料受热分解时，产生可燃性的分解产物，此分解产物与外界的氧气相互作用，便开始发生着火现象。不同的服装材料其燃烧情况是不一样的，有的接触火焰时迅速燃烧，即使离开火焰仍能继续燃烧；有的在火焰中易燃烧，但速度很慢；有的接触火焰燃烧，但离开火焰则自熄；有的在火焰中也不燃烧。这些现象的剧烈程度取决于材料的重量、组织结构、纤维的热塑性及受热程度等。 当材料的重量大于180g/m2时，材料一面的火焰很难使之迅速破坏而直达另一面，因此织物的重量对火焰的蔓延起着重要的作用。对于热塑性材料，远离火焰的部分伴随着材料的收缩熔融，并产生熔滴现象，熔滴也可继续燃烧。服装材料在服装上组合的形式与状态也会影响火焰燃烧的状况，当外层是纤维素纤维织物，而内层为阻燃纤维织物时，则燃烧的面积将比单独使用纤雄素纤维织物小；如果外层是阻燃纤维织物，而内层是纤维素纤维织物时，则燃烧面积仍较小。服装是否束带也将影响火焰蔓延的速率，因为从服装边缘着火时，火焰蔓延的速率最高，相当于垂直向上的燃烧试验，而水平方向燃烧的蔓延速率则低得多。 服装一般要求有阻燃性能，特别是童装、老年服装，其阻燃性应有一定的要求。其次，一些特殊工作环境也要求服装具有一定的阻燃性，如消防服等。表示服装材料燃烧性能的指标一般有两类：一类表示服装材料是否易燃；另一类表示服装材料是否经得起燃烧。前者是用于评定材料可燃性的指标，如点燃温度，点燃温度越低，此纤维制品越易燃烧，表7—3为各类纤维的燃烧温度。后者是用于评定材料阻燃性的指标，如续燃时间、阴燃时间、损毁长度、损毁面积、火焰蔓延速率、极限氧指数（LOI）等；续燃时间是在规定的试验条件下，移开火源后材料持续有焰燃烧的时间（有时也称有焰燃烧期），阴燃时间是在规定的试验条件下，当有焰燃烧终止后，或者移开火源后，材料持续无焰燃烧的时间（有时也称阴燃期）。损毁长度是指在规定的试验条件下，材料损毁面积在规定的方向上的最大长度，损毁面积是指在规定的试验条件下，材料因受热而产生不可逆损伤部分的总面积，包括材料损失、收缩、软化、熔融、炭化、烧毁及热解等。极限氧指数（LOI）表示的是材料点燃后在大气里维持燃烧所需要的最低含气量的体积百分数，极限氧指数越小，表示材料在点燃后越易继续燃烧，如果LOI<25％，则材料可在空气中燃烧，而LOI≥28％时，可认为具有阻燃性，LOI在25％～30％范围内的材料在热空气和通风条件下可以燃烧，因此有热防护要求的阻燃性材料，其LOI就应高于30％，有些资料还表明各种纤维材料的燃烧热是不同的，人体被燃烧材料损伤的面积和深度是与传导热有关的，表7—4为各类纤维的平均燃烧热和极限氧指数。 表7—3 各种纤维的燃烧温度 单位：℃
表7—4 各类纤维的平均燃烧热和极限氧指数
由于材料在燃烧时产生大量的浓烟和有害气体，它会引起人体休克，妨碍救援与人体的撤离。关于燃烧毒性学这还是一个新的领域，表7—5为有机聚合物燃烧的气体产物。服装材料经阻燃整理，其阻燃性能应满足表7—6的要求，除此之外，它的断裂强力不得低于相应的非阻燃织物标准中规定的标准值的75％或它的最低值。其撕裂强力采用摆锤法试验时不低于7N（0.7kgf）；采用单舌法试验时不低于10N（1kgf），其它内在质量和外观质量参照相应的非阻燃整理织物（可参阅本书其它实验）。表7—5 有机聚合物燃烧的气体产物
表7—6 阻燃整理织物性能指标
在此实验中我们主要进行阻燃性实验。三、阻燃性实验垂直法燃烧性能试验1．实验设备 垂直燃烧试验仪（图7—3）、重锤、医用脱脂棉、不锈钢尺（精度1mm）、密封容器。2．试样准备 试样应从距离布边1／10幅宽以上的部位量取，每一个样品在经向及纬向（纵向及横向）各取5块，经向（纵向）试样不能取自同一经纱，纬向（横向）试样不能取自同一纬纱，其尺寸300mm×80mm，长的一边需与织物的经向（纵向）或纬向（横向）平行。剪取的试样视其厚薄程度不同，在二级标准大气中（温度20℃±2℃，相对湿度65%±3%）放置8～24h，直至达到平衡，放入密封容器内。3．实验步骤⑴ 火焰调试 试验之前，需调整火焰高度，调整时“大火”、“小火”调整旋扭应在顺时针关闭状态，然后打开“电源”开关和“气源”开关（气体为工业用丙烷或丁烷），电源指示灯亮，压力表针指示气压，左手按住“点火”开关右手逆时针缓慢旋启“小火”调整旋钮，使电火花点燃点火器，松开“点火”开关，调节“小火”旋钮，把火焰高度调至稳定在5mm（按“点火”键时LED显示可能熄灭，可按“复位”键恢复）再按控制箱键盘上的“调试／点火”键使电磁阀打开，调节“大火”旋钮，使火焰高度到达燃高测定钢圈（40±2mm），火焰稳定后，按“结束”键，返回小火状态，准备试验。 注意：因气体有一定的滞后性，故调整时，待火焰稳定后，进行测量。在工作过程中禁止按“点火”键，以防干扰仪器。⑵ 操作程序 (点火器已点燃，并按上条要求调好大、小火高度状态下) D0法操作程序：① 开机显示A558.8，按⑴调试好火焰的高度。② 按标准要求，将试样从密封容器中取出放入试样夹中，并使试样下沿与试样夹两下端平齐，将试样与试样夹一同垂直挂在试样支架上。先按“阴燃”键，再按“调试／点火”键，大火自动点燃，点火指示灯闪烁，火焰稳定20S后，点火器自动移至试样下方，同时开始计点火时间（试样从容器中取出到此时的时间必须控制在lmin内）。如果试样是熔融性纤维织物时，应在试验箱底部下铺上10mm厚的脱脂棉。③ 经12s后自动转于续燃，续燃指示灯亮，同时大火自动变小火，点火器自动退回起始位置。④ 观察试样至没有明火后按“阴燃”键，进入阴燃计时，同时阴燃指示灯亮。继续观察至阴燃停止时按“结束”键，结束本次试验。⑤ 按“点火时间”，显示实际点火时间，并记录； 按“续燃时间”，显示实际续燃时间，并记录；按“阴燃时间”，显示实际阴燃时间，并记录；读数精确到0.1s。⑥ 如果被测试样是熔融性纤维织物时，会有熔滴产生，则铺在试验箱底部的脱脂棉可测熔融脱落物是否引起燃烧或阴燃的情况，并记录。⑦ 充分排烟后，打开试验箱门，取出试样夹，取下试样，清除试样残渣等。将试样先沿其炭化的长度方向对折，然后在试样的下端一侧，距其底边及侧边各约６mm处，挂上按试样单位面积的质量选用的重锤（见表7—7），再将试样另一侧缓缓提起，使重锤悬空，再放下，此时测量撕裂的长度即为损毁长度，结果精确到１mm。⑧ 然后重复②—⑦项测试下一个试样。表7—7 织物质量与重锤的关系
D1法操作程序 垂直法的点火时间是点火器到位时开始计时，按点火时间不同分别为D0和D1法，D0法点火时间为12秒，D1法点火时间可由键盘输入改变，开机显示A558．8，按“阴燃”键，再按“预置”键显示“E012．0”字样，然后根据你需要的时间按键盘上排的“阴燃”、“点火时间”、“续燃时间”。“阴燃时间”分别相对应的设定百位、十位、个位、小数位数字。设置完毕，按“结束”键，显示你所设定的时间，然后按照D0法操作程序②—⑦条进行操作。注：① 试验结束后，“点火时间”，“续燃时间”，“阴燃时间”这3个的复合功能键，供操作员查询，记录本次试验中这3项时间的。 ② 如果点火时间未到设定时间，操作员根据实际情况认为不需要继续点火，但其他项仍照常，则可按压“续燃”键，微机系统会马上关掉大火，点火器自动退出并自动进入续燃时间。 ③ 点火到达设定时间，点火器自动退回起始位置。 ④ 试验全部结束后，关闭所有气源开关和电源开关以保证安全。4．实验结果⑴ 计算经向（纵向）及纬向（横向）各5个试样的续燃时间、阴燃时间及损毁长度的平均值，以表示垂直法燃烧性能。⑵ 有熔融滴落物时，记录脱脂棉燃烧试样的状态。⑶ 如试样被烧通的也需注明块数，以上数值以未烧通的计。
