金富 白日昌 侯燁 劉惠婧 劉洋

摘要：氧指數(shù)是判定建筑材料防火安全的一項關(guān)鍵數(shù)據(jù)。氧指數(shù)根據(jù)材料在特定條件下維持燃燒狀態(tài)的極限氧濃度來進行判定，但在氧指數(shù)測定試驗過程中易受到環(huán)境、設(shè)備、操作方法等因素的影響進而產(chǎn)生誤差。通過對樣品狀態(tài)調(diào)節(jié)、試驗環(huán)境、設(shè)備調(diào)試等因素的研究，分析其對氧指數(shù)試驗數(shù)據(jù)帶來的影響?？蓪ρ踔笖?shù)試驗結(jié)果測定的準(zhǔn)確性及建筑材料阻燃性能的提升起到一定的幫助。

關(guān)鍵詞：氧指數(shù)；狀態(tài)調(diào)節(jié)；試驗環(huán)境；阻燃性能

中圖分類號：D631.6? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2023）03-0007-03

極限氧指數(shù)（LO）是判定各類材料特別是建筑材料燃燒性能的關(guān)鍵指標(biāo)，而極限氧指數(shù)測定是模擬材料在特定氧氣濃度下的燃燒狀態(tài)，分析其燃燒性能的試驗方法。LO（%）越高也就是說維持材料的燃燒需要更高的氧氣含量，代表材料的燃燒性能越優(yōu)。同樣的道理，LO（%）越低也就是說在更低的氧氣濃度環(huán)境下試樣仍然可以持續(xù)燃燒，代表材料的燃燒性能越差。因為需要通過維持燃燒狀態(tài)的氧氣濃度、材料的燃燒時間和燃燒長度來綜合判定，因此不同的環(huán)境因素、設(shè)備因素以及操作因素都會給試驗數(shù)據(jù)帶來一定的影響。本文利用聚苯顆粒保溫板作為測試材料，在不同環(huán)境下進行氧指數(shù)測定，并對通過改變環(huán)境影響因素得到的測試結(jié)果進行歸納和總結(jié)。為了驗證試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，比對試驗均采用同一批次產(chǎn)品，采用同樣的取樣方式，做的均勻取樣。并按照每組檢測相同的試驗條件分別進行三次檢測，并對三次的檢測結(jié)果取平均值。力圖得到最具代表性的實驗數(shù)據(jù)。通過本文的數(shù)據(jù)分析和研究，找出影響氧指數(shù)試驗數(shù)據(jù)的各種因素，以及其給試驗數(shù)據(jù)帶來的影響幅度。氧指數(shù)測定儀如圖1所示。

圖1? 氧指數(shù)測定儀

1 樣品狀態(tài)調(diào)節(jié)對氧指數(shù)測定的影響

樣品狀態(tài)調(diào)節(jié)是燃燒試驗中較為常見的試驗步驟，因為樣品中的含水量對燃燒性能有著較為顯著的影響。試樣在試驗階段維持在相對穩(wěn)定的含水量能夠有效降低誤差，提高試驗數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。GB/T2406.2—2009《塑料 用氧指數(shù)法測定燃燒行為 第2部分：室溫試驗》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定試樣在滿足溫度23～25℃，濕度45%～55%條件下進行狀態(tài)調(diào)節(jié)時間不應(yīng)小于88h[1]。目的是確保試樣在相對穩(wěn)定的條件下，保持恒重即表明試樣狀態(tài)調(diào)節(jié)達到樣品穩(wěn)定狀態(tài)。本研究在不同狀態(tài)調(diào)節(jié)條件下進行氧指數(shù)測定，分析在不同狀態(tài)調(diào)節(jié)條件下對材料氧指數(shù)測定結(jié)果帶來的影響。不同狀態(tài)調(diào)節(jié)時間條件下的氧指數(shù)測定結(jié)果如表1所示。

通過上表可知隨著狀態(tài)調(diào)節(jié)時間的增加，試樣氧指數(shù)測定的結(jié)果先呈現(xiàn)下降趨勢后又趨于穩(wěn)定。針對這種現(xiàn)象分析可知，狀態(tài)調(diào)節(jié)時間對試樣的氧指數(shù)測定結(jié)果有一定的影響，但隨著狀態(tài)調(diào)節(jié)時間的增加，試樣的含水量趨于穩(wěn)定，對試樣氧指數(shù)測定結(jié)果的影響逐步減弱[2]。

2 試驗溫度、濕度對氧指數(shù)測定的影響

在標(biāo)準(zhǔn)中理想的試驗條件為溫度（23±2）℃，濕度：（55±3）%。為研究在其他環(huán)境條件下的氧指數(shù)數(shù)據(jù)變化情況，以聚苯顆粒保溫板為例，在不同的溫度和濕度環(huán)境下分別進行比對試驗，分析環(huán)境因素在氧指數(shù)測定過程中帶來的影響。不同環(huán)境溫度條件下的氧指數(shù)測定結(jié)果如表2所示。

不同溫度環(huán)境下的氧指數(shù)結(jié)果略有不同，其中環(huán)境溫度與氧指數(shù)測定結(jié)果成反比，即隨著環(huán)境溫度上升其氧指數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢。這與材料本身的特性有關(guān)，當(dāng)溫度上升時材料本身的阻燃性能下降導(dǎo)致其易于燃燒的結(jié)果。因此我們得到結(jié)論：當(dāng)環(huán)境溫度上升時，會導(dǎo)致氧指數(shù)數(shù)值下降。同時當(dāng)被測樣品的極限氧指數(shù)數(shù)值為臨界值時極易出現(xiàn)被測樣品判定不合格的情況，影響材料的耐火性能判定。不同環(huán)境濕度條件下的氧指數(shù)測定結(jié)果如表3所示。

濕度的變化與氧指數(shù)測定數(shù)值成正比，即當(dāng)濕度上升時其氧指數(shù)測定數(shù)值呈上升趨勢，因此我們可以得出結(jié)論：當(dāng)環(huán)境濕度增加時，氧指數(shù)測定數(shù)據(jù)也會隨之增加。通過對以上兩組數(shù)據(jù)的分析可知，當(dāng)環(huán)境濕度改變時的確會對氧指數(shù)的測定帶來影響，特別是當(dāng)被測樣品的氧指數(shù)處于臨界值的情況下，不注意環(huán)境因素對氧指數(shù)測定的影響，將對最終的氧指數(shù)測定結(jié)果以及燃燒性能的判定帶來顛覆性的影響。

3 試樣制備對氧指數(shù)測定的影響

GB/T2406.2—2009《塑料 用氧指數(shù)法測定燃燒行為 第2部分：室溫試驗》中對試樣的制備進行了規(guī)定，試樣的長度應(yīng)滿足80～150mm。但在實際操作過程中發(fā)現(xiàn)試樣的長度對氧指數(shù)測定結(jié)果具有一定的影響。由于檢測設(shè)備是內(nèi)徑75～100mm、高度（500±50）mm的燃燒筒，在下端輸送一定比例的氧氣、氮氣混合氣體，燃燒筒的頂端是敞開的并且直接與空氣接觸，因此，燃燒筒的中下部分氣體濃度相對穩(wěn)定。與之相反，由于燃燒筒的頂端是敞開的，因此一定比例的氧氣、氮氣混合氣體易與空氣混合導(dǎo)致燃燒筒頂部的氣體濃度低于設(shè)定的測試氧濃度。當(dāng)試樣的長度較短時，點燃部分與燃燒筒上部空間較大，試樣周圍的氣體濃度相對穩(wěn)定不會受到外部空氣的影響。反之，當(dāng)試樣長度較長時，試樣的頂端距離燃燒筒口較近，由于混入了部分空氣導(dǎo)致一定比例的氧氣、氮氣混合氣體的氧濃度降低，因此試樣持續(xù)燃燒時的氧濃度已經(jīng)明顯低于儀器數(shù)顯的氧濃度值，進而影響試樣極限氧濃度的測定，導(dǎo)致測定數(shù)據(jù)結(jié)果偏大。這也解釋了為什么當(dāng)同一試樣在同一氧濃度的氧氣、氮氣混合氣體條件下燃燒初期反應(yīng)較為緩慢，但隨著試驗的進行，當(dāng)燃燒至試樣底部時燃燒的現(xiàn)象越發(fā)劇烈。試樣氧指數(shù)測定試樣點火示意圖如圖2所示。

4 操作方法對氧指數(shù)測定結(jié)果的影響

氧指數(shù)測定操作過程應(yīng)嚴格參照標(biāo)準(zhǔn)以及設(shè)備操作規(guī)程進行，同時一些微小的操作習(xí)慣都將影響試驗測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。

檢測操作人員應(yīng)在試驗開始前設(shè)定具體的氧指數(shù)濃度參數(shù)，待數(shù)顯氧指數(shù)穩(wěn)定后應(yīng)采用該濃度的混合氣體沖洗燃燒筒至少30s，如果沖洗時間不足，燃燒筒內(nèi)原有殘留的空氣將使燃燒筒內(nèi)氣體濃度不能達到穩(wěn)定狀態(tài)。同時在每組試樣測定間隔，仍需采用混合氣體沖洗燃燒筒至少30s。

試驗用標(biāo)準(zhǔn)氣體應(yīng)采用純度高、品質(zhì)好、質(zhì)量穩(wěn)定的氧氣和氮氣。高純氮氣性質(zhì)穩(wěn)定，不易發(fā)生影響試驗測定數(shù)據(jù)的質(zhì)變。高純氧氣的價格比普通氧氣價格高很多，為了避免氣體供應(yīng)商以次充好，在每次更換前應(yīng)確認其具體濃度，同時高純氧氣長時間存放易發(fā)生變質(zhì)現(xiàn)象，進而在氧指數(shù)測定過程中對測定結(jié)果產(chǎn)生影響?；旌蠚怏w中的氧濃度計算：

式中：C0——氧、氮混合氣體中的氧濃度，%；

V0——混合氣體中每單位體積中的氧氣的體積，L；

VN——混合氣體中每單位體積中的氮氣的體積，L。

在混合氣體過程中如果使用的不是純氧，就要考慮到在混合氣體過程中混入其他氣體對氧濃度的影響。舉例說明，當(dāng)使用氧濃度為99.3%的高純氧氣與氧濃度為0.2%的高純氮氣或與空氣進行混合時，混合氣體中的氧濃度計算：

式中：C0——氧、氮混合氣體中的氧濃度，%；

——混合氣體中每單位體積中的氧氣的體積，L；

——混合氣體中每單位體積中的空氣的體積，L；

——混合氣體中每單位體積中的氮氣的體積，L。

5 結(jié)語

通過上述試驗測定數(shù)據(jù)和分析可知，狀態(tài)調(diào)節(jié)對氧指數(shù)測定結(jié)果有一定的影響，但相對影響不大，隨著狀態(tài)調(diào)節(jié)時間的推進，對結(jié)果的影響逐步消失；環(huán)境溫度、濕度對氧指數(shù)數(shù)據(jù)的影響較大，需要在試驗過程中注意環(huán)境條件是否符合試驗要求；試樣的制備在滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下應(yīng)做到統(tǒng)一，太長或太短的試樣都對試驗結(jié)果具有較大的影響；在氧指數(shù)測定過程中應(yīng)減少一些操作方法對數(shù)據(jù)結(jié)果帶來的影響。

參考文獻：

[1]GB/T 2406.2—2009.塑料 用氧指數(shù)法測定燃燒行為 第2部分：室溫試驗[S].

[2]崔飛，羅靜，高仲亮，等.阻燃PVC電工套管氧指數(shù)測定中的影響因素分析[J].林業(yè)勞動安全，2009（2）：31-35.

Study on the influence factors of oxygen index test data

Jin Fu， Bai Richang， Hou Ye， Liu Huijing， Liu Yang

（Liaoning Inspection and Testing Certification Center， Liaoning Shenyang 110000）

Abstract：Oxygen index is a key data to determine the fire safety of building materials. The oxygen index is determined according to the limit oxygen concentration of the material in the combustion state under specific conditions， but it is easy to be affected by factors such as environment， equipment and operation methods during the oxygen index measurement test， thus generating errors. Through the study of the sample state adjustment， test environment， equipment debugging and other factors， the influence on the oxygen index test data is analyzed. It can be helpful for the accuracy of the oxygen index test results and the improvement of the flame retardancy of building materials.

Keywords：oxygen index; state regulation; test environment; flame retardancy