热薄材料在锥形量热计中的燃烧特性与阻燃策略研究

一、热薄材料的特性与火灾风险

热薄材料指厚度方向无明显热梯度的材料（如纺织品），其整体受热温度均匀。这类材料广泛用于窗帘、软垫家具及防护服装，是住宅火灾的主要可燃物。研究表明，其半透明性和燃烧变形特性导致锥形量热计测试中热释放率（HRR）计算易产生偏差。

图1 棉针织织物的例子。

二、锥形量热计实验方法

1.​测试设置​

样品（100×100mm²）置于锥形加热器下方2.5cm处，暴露于25-75kW/m²热通量环境，空气流速24L/s。为抑制变形，样本边缘采用铝箔包覆（如图1所示）。

2.​关键发现​

• 点火时间（TTI）与样品重量呈正相关
• 纤维素/木质纤维素织物的临界热通量稳定在20kW/m²
• 热释放率峰值（pHRR）由热流密度、样品重量和有效燃烧热共同决定

图2 黄麻织物HRR曲线。

三、阻燃策略模型与应用

​现象学模型揭示：​​

$$pHRR\propto \text{（热流密度）}\times \text{（样品重量）}\times \text{（有效燃烧热）}$$

​优化方向：​​

1.降低有效燃烧热（如添加抑焰剂）

2.促进炭化过程（炭层可减少质量损失）

3.调控材料密度与热吸收特性

注：对炭化材料需将模型中的"样品重量"替换为"实际燃烧质量"（El Gazi et al., 2021）

参考文献：1.El Gazi, M.;  Sonnier, R.;  Giraud, S.;  Batistella, M.;  Basak, S.;  Dumazert, L.;  Hajj, R.; El Hage, R. Fire Behavior of Thermally Thin Materials in Cone Calorimeter Polymers [Online], 2021.

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