李豫偉

摘 要：極限氧指數(shù)測試是指在一定條件下，評價各種材料燃燒性能的一種有效方法。具體要求是表征試樣在氧、氮混合氣流中維持燃燒所需的最低氧濃度，一般用氧氣所占總體積的百分數(shù)來表示。該方法在表征材料的燃燒特性時，能用具體數(shù)字表示，分辨率高，重復性好，具有測試方便等特點。該方法不僅可作為判定塑料燃燒性能的標準測試手段，而且也是一種有效可行的研究方法，它可以較好的認識一般材料的燃燒過程，廣泛應用于一般性研究工作。根據(jù)相關文獻資料可以發(fā)現(xiàn)極限氧指數(shù)法已經(jīng)廣泛運用于各種領域，如電器生產(chǎn)、建筑材料、消防安全等，已經(jīng)成為一種評價各種材料燃燒性能的有效可行方法。

關鍵詞：氧指數(shù) 影響因素

中圖分類號：TD752.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（b）-0224-01

1 設備簡介

檢測極限氧指數(shù)的儀器稱為氧指數(shù)測定儀，它主要用于測定各種材料，如紡織織物、橡膠、塑料、泡沫材料、木材和其它高分子材料的極限氧指數(shù)。氧指數(shù)測定儀主要由試樣夾、燃燒筒、流量計、氣源以及控制系統(tǒng)構成。其主要介紹如下。

試樣夾：用于支撐燃燒筒中央垂直的試樣。根據(jù)標準規(guī)定，對于可以自撐的材料，試樣夾夾持處距離試樣燃燒的最近點至少保持15 mm。對于非自撐材料，如薄膜或薄片，應使用有垂直邊的框架支撐，而且距離邊框頂端20 mm和100 mm處劃標線。所用夾具和支撐邊框的制作應平滑，主要是為了減小上升氣流受到的干擾。

燃燒筒：該部分由一個垂直固定在基座上，并可均勻?qū)胙醯旌蠚怏w的耐熱玻璃筒組成。標準規(guī)定燃燒筒高度為（500±50） mm，內(nèi)徑在（75～100） mm。

氣源：一般采用質(zhì)量分數(shù)不低于98%的氧氣和氮氣作為氣源。

控制系統(tǒng)和流量測量：該體系由穩(wěn)壓閥、壓力表、轉(zhuǎn)子流量計和管路組成。主要用于控制將計量后的氧、氮混合氣體經(jīng)混合后由燃燒筒底部進入燃燒筒。

計時器：一般用高精度秒表測量時間可達5 min，準確度±0.5 s。

排煙通風系統(tǒng)：材料燃燒產(chǎn)生有毒有害氣體，必須安裝排煙通風系統(tǒng)。主要用于排除燃燒產(chǎn)生的煙塵和氣體。但是風速不能過快，以免對燃燒筒內(nèi)氣體流速和溫度產(chǎn)生干擾，影響測試準確性。

點火器：標準規(guī)定由一根直徑為（2±1） mm，并能連接燃氣噴出火焰的金屬管子構成。當管子引燃試樣時，可以調(diào)節(jié)燃氣大小以使火焰可以從出口垂直向下噴射（16±4） mm。規(guī)定燃燒氣體為純凈的丙烷氣體。

2 影響極限氧指數(shù)的因素

2.1 校準氧指數(shù)儀

常見氧指數(shù)測試儀采用氧分析儀來直接測量氧濃度并直接數(shù)字顯示數(shù)值。在進行每次試驗之前，為了保證結果的準確無誤，按照要求對設備進行校準，校準過程是利用標準氣體進行。作者作為多年檢測人員，在校驗過程中發(fā)現(xiàn)如果只是打開“空氣校驗”旋鈕，通過調(diào)節(jié)“滿度”使數(shù)值顯示為21后，測量結果一般會偏高，主要是因為通過氧分析儀的空氣流速達不到規(guī)定要求?？梢允褂每諝鈮嚎s機輸入壓縮空氣使其達到（40±2） mm/s的流速，然后調(diào)節(jié)“滿度”使數(shù)值顯示為21，從而保證校準的準確。

2.2 使用通風櫥

使用氧指數(shù)儀時由于材料的燃燒會產(chǎn)生大量煙塵，不僅污染環(huán)境而且對人體有較大的毒性，按照規(guī)定該實驗應在通風櫥中使用。但是要特別注意通風櫥的開啟時間問題。該問題主要是由于試驗過程中氧氮混合氣體以（40±2） mm/s的流速通過燃燒筒，如果打開通風櫥就會加快混合氣體在燃燒筒中的流速，從而導致結果偏高，影響結果準確性。正確的做法應該是在每次實驗完畢后開啟通風櫥，進行下一實驗時再關閉通風櫥。

2.3 清理燃燒殘余物

氧指數(shù)測定儀燃燒筒基座底部采用直徑3～5 mm的玻璃珠填充，填充高度為80～100 mm，目的是為了充分混合均勻氣體。試驗過程中有時會有灰燼、滴落物產(chǎn)生，有事會有大塊的燃燒殘渣直接落下，所以玻璃珠上方的金屬網(wǎng)正是為了防止滴落的燃燒碎片阻塞氣體入口而設置的。但是金屬網(wǎng)也不是萬能的，隨著時間變長這些滴落的殘余物不可避免會堵塞金屬網(wǎng)眼，同時有些燃燒產(chǎn)生的熔融物質(zhì)也會滲過金屬網(wǎng)造成玻璃珠板結，這些情況都會導致堵塞氣流使其不均勻。所以要定期清理和更換金屬網(wǎng)和玻璃珠，保證實驗數(shù)據(jù)的準確。

2.4 制備試樣的要求

標準中對試樣各方面有嚴格的要求，為了保證測試結果的準確性，制備試樣時應嚴格保證試樣的形狀、大小、取向方向、表面及內(nèi)部情況。一般要求試樣應平整光滑，表面潔凈，不存在裂紋、氣泡、毛刺、飛邊等影響結果的缺陷。此外應按照要求對試樣進行前期養(yǎng)護，保證試樣在溫度（23±2） ℃，相對濕度（50±5）%條件下至少養(yǎng)護88 h。養(yǎng)護的主要目的是為了消除試樣的內(nèi)應力，使樣品達到要求的平衡狀態(tài)，進而減少試驗偏差，保證結果的準確性。另外被測試樣的穩(wěn)定性和均勻性也對檢測結果產(chǎn)生較大的影響，主要存在的問題是試樣的基料和添加的阻燃劑是否混合均勻。

2.5 點燃試樣的氣體要求

按標準要求點燃試樣的氣體應為在空氣中燃燒的純凈的丙烷氣體，但有時由于其他因素的影響，可能會使用常見的打火機氣（主要成分為丁烷）作為點燃氣體，但是氣體的種類也會在一定程度上影響氧指數(shù)的測試結果。根據(jù)文獻記載，丁烷的燃燒熱值為2653 kJ/mo1，而丙烷的燃燒熱值為2217.8 kJ/mol，所以兩種氣體燃燒時產(chǎn)生的火焰溫度也不同，燃燒丁烷產(chǎn)生的熱量更多，溫度也更高。當使用丁烷點燃試樣時，試樣更容易燃燒，對結果產(chǎn)生較大偏差。

2.6 溫度控制

點火方式是影響氧指數(shù)測試的一個非常重要的因素。當使用頂端點燃法時，標準要求火焰接觸試樣頂部的最長時間為30 s，并每隔5 s移開火焰觀察試樣燃燒情況。這樣做的目的主要是防止給予試樣太多的熱量，影響最終結果的判斷。另外長時間進行試驗時，樣條燃燒產(chǎn)生的熱量會使燃燒筒的溫度逐步提高，有的甚至可以達到80 ℃～ 90℃。這時如果繼續(xù)用發(fā)熱的燃燒筒進行試驗就會提高燃燒筒里流過的氣流溫度，進而降低測試結果。所以在試驗過程中最好配備2～3個燃燒筒，試驗中輪換進行試驗，保證試驗的溫度。

2.7 儀器設備的影響因素

正常情況下，我們可以從檢定校準證書，說明書等資料中得到儀器的分辨率、精度、靈敏度等，從而得到儀器的不確定度。同時還應考慮到以下因素：出氣口蓋的密封性；進出氣管是否堵塞；壓力表和流量計是否正常運行；管路的氣密性；開關彈簧是否堵塞。

3 結論

氧指數(shù)測試作為一種能夠提供材料在實驗室條件下燃燒特性的尺度，可以用于一般性質(zhì)量控制。但是它還不能用于評定某種材料在實際著火時所呈現(xiàn)的著火危險性，它只能作為評價火災危險性的一個要素。氧指數(shù)法具有重復性好、準確性高、再現(xiàn)性好、測試方便等優(yōu)點，而且應用廣泛，已經(jīng)成為一種常見的評價燃燒性能級的有效手段。

參考文獻

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