棉花是全球服装、家具和工业产品制造最重要的天然纤维,获得了广泛的应用。然而,棉花具有易燃、易自燃和易阴燃的特点,且在棉花加工、运输和存储过程中存在诸多火灾危险源,因此棉花火灾风险较高。近年来随着棉花产量的不断增加,棉包火灾呈多发趋势,并造成巨大经济损失和不良社会影响。籽棉作为皮棉生产的原料,通常大量堆积在轧花厂内,而籽棉内包含多种可燃杂质并存在局部霉变,因此籽棉的火灾工况更为复杂。此外,棉花通常以压缩打包的形式存放,其特点是密度大,然而前人针对棉包引燃、燃烧和蔓延等研究主要集中于小密度样品(低于150kg/m3),研究结果难以代表真实仓库中棉包的燃烧蔓延特性。因此,本文主要针对籽棉和缩尺寸高密度棉包样品,开展了一系列热解和燃烧实验研究。针对霉变对棉花热解氧化特性的影响,进行了TG-FTIR、DSC和SEM一系列测试。热解TG曲线显示,棉花霉变后起始分解温度和最大质量损失速率均有所降低,但质量残余增加。活化能和DSC热分析表明,霉变降低了棉花热解初期的吸热量和空气气氛中的活化能,因此霉变棉花更加易燃,火灾危险性更大。此外,微观形态观察表明,霉变导致棉纤维结构被严重破坏,进而引起了棉花宏观热解氧化特性的显著变化。针对籽棉中的棉叶、棉籽和棉壳三种杂质,通过TG和DSC测试,对比分析了它们热解氧化特性的异同,以及对籽棉火灾危险性的影响。氮气和空气中的TG曲线显示,棉叶、棉籽和棉壳的热解起始温度均低于棉花,表明它们的热稳定性较低。而三种杂质中,棉籽的热解质量残余比例最低,为20%。此外,在氮气气氛中热解初期,棉叶和棉籽的吸热量和活化能均低于棉花,而棉壳的吸热量和活化能均高于棉花,表明棉叶和棉籽比棉花更易引燃,而棉壳的引燃最困难。空气气氛中的DSC热分析发现,单位质量棉叶、棉籽和棉壳的燃烧热释放量均高于棉花,尤其是棉叶,其燃烧热释放量约为棉花的1.7倍,这将显著增加籽棉堆的火灾危险性。最后,基于自制的小型燃烧风洞实验平台,研究了正向风速从0.01m/s增大到2.8 m/s时,高密度棉包的阴燃蔓延特点。结果发现,棉包的阴燃蔓延对风速非常敏感。在风速为0.01 m/s时,阴燃蔓延非常缓慢,并表现出两个阶段:(Ⅰ)表面蔓延直至阴燃锋面覆盖整个表面;(Ⅱ)从表面到内部的深入蔓延。随着正向风速的增大,阴燃表面蔓延和内部蔓延同时进行,且在自由表面上的蔓延速度明显更快。此外,在棉包的钢丝绳约束处,棉包局部密度增大,这导致棉包表面阴燃蔓延速度降低了 5～10 cm/h。随着风速的增加,自由表面和棉包内部的阴燃蔓延速度均有所增加,但内部阴燃蔓延受环境风的影响较小。当风速从0.01m/s增加到2.8 m/s时,最高阴燃温度从510℃升高到750℃。在风速为2.8 m/s的情况下,观察到从阴燃到明火的转变,但火焰难以持续。