氧指數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)影響因素的研究

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(xiàng)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(lái)進(jìn)行判定，但在氧指數(shù)測(cè)定試驗(yàn)過(guò)程中易受到環(huán)境、設(shè)備、操作方法等因素的影響進(jìn)而產(chǎn)生誤差。通過(guò)對(duì)樣品狀態(tài)調(diào)節(jié)、試驗(yàn)環(huán)境、設(shè)備調(diào)試等因素的研究，分析其對(duì)氧指數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)帶來(lái)的影響?？蓪?duì)氧指數(shù)試驗(yàn)結(jié)果測(cè)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(yàn)環(huán)境；阻燃性能

中圖分類號(hào)：D631.6? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ?文章編號(hào)：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(cè)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(yàn)方法。LO（%）越高也就是說(shuō)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(shuō)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?yàn)樾枰ㄟ^(guò)維持燃燒狀態(tài)的氧氣濃度、材料的燃燒時(shí)間和燃燒長(zhǎng)度來(lái)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(huì)給試驗(yàn)數(shù)據(jù)帶來(lái)一定的影響。本文利用聚苯顆粒保溫板作為測(cè)試材料，在不同環(huán)境下進(jìn)行氧指數(shù)測(cè)定，并對(duì)通過(guò)改變環(huán)境影響因素得到的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行歸納和總結(jié)。為了驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，比對(duì)試驗(yàn)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(cè)相同的試驗(yàn)條件分別進(jìn)行三次檢測(cè)，并對(duì)三次的檢測(cè)結(jié)果取平均值。力圖得到最具代表性的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過(guò)本文的數(shù)據(jù)分析和研究，找出影響氧指數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的各種因素，以及其給試驗(yàn)數(shù)據(jù)帶來(lái)的影響幅度。氧指數(shù)測(cè)定儀如圖1所示。

圖1? 氧指數(shù)測(cè)定儀

1 樣品狀態(tài)調(diào)節(jié)對(duì)氧指數(shù)測(cè)定的影響

樣品狀態(tài)調(diào)節(jié)是燃燒試驗(yàn)中較為常見的試驗(yàn)步驟，因?yàn)闃悠分械暮繉?duì)燃燒性能有著較為顯著的影響。試樣在試驗(yàn)階段維持在相對(duì)穩(wěn)定的含水量能夠有效降低誤差，提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。GB/T2406.2—2009《塑料 用氧指數(shù)法測(cè)定燃燒行為 第2部分：室溫試驗(yàn)》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(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)間不應(yīng)小于88h[1]。目的是確保試樣在相對(duì)穩(wěn)定的條件下，保持恒重即表明試樣狀態(tài)調(diào)節(jié)達(dá)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(jìn)行氧指數(shù)測(cè)定，分析在不同狀態(tài)調(diào)節(jié)條件下對(duì)材料氧指數(shù)測(cè)定結(jié)果帶來(lái)的影響。不同狀態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)間條件下的氧指數(shù)測(cè)定結(jié)果如表1所示。

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

2 試驗(yàn)溫度、濕度對(duì)氧指數(shù)測(cè)定的影響

在標(biāo)準(zhǔn)中理想的試驗(yàn)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(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)，分析環(huán)境因素在氧指數(shù)測(cè)定過(guò)程中帶來(lái)的影響。不同環(huán)境溫度條件下的氧指數(shù)測(cè)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(cè)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(shì)。這與材料本身的特性有關(guān)，當(dāng)溫度上升時(shí)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(shí)，會(huì)導(dǎo)致氧指數(shù)數(shù)值下降。同時(shí)當(dāng)被測(cè)樣品的極限氧指數(shù)數(shù)值為臨界值時(shí)極易出現(xiàn)被測(cè)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(cè)定結(jié)果如表3所示。

濕度的變化與氧指數(shù)測(cè)定數(shù)值成正比，即當(dāng)濕度上升時(shí)其氧指數(shù)測(cè)定數(shù)值呈上升趨勢(shì)，因此我們可以得出結(jié)論：當(dāng)環(huán)境濕度增加時(shí)，氧指數(shù)測(cè)定數(shù)據(jù)也會(huì)隨之增加。通過(guò)對(duì)以上兩組數(shù)據(jù)的分析可知，當(dāng)環(huán)境濕度改變時(shí)的確會(huì)對(duì)氧指數(shù)的測(cè)定帶來(lái)影響，特別是當(dāng)被測(cè)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(duì)氧指數(shù)測(cè)定的影響，將對(duì)最終的氧指數(shù)測(cè)定結(jié)果以及燃燒性能的判定帶來(lái)顛覆性的影響。

3 試樣制備對(duì)氧指數(shù)測(cè)定的影響

GB/T2406.2—2009《塑料 用氧指數(shù)法測(cè)定燃燒行為 第2部分：室溫試驗(yàn)》中對(duì)試樣的制備進(jìn)行了規(guī)定，試樣的長(zhǎng)度應(yīng)滿足80～150mm。但在實(shí)際操作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)試樣的長(zhǎng)度對(duì)氧指數(shù)測(cè)定結(jié)果具有一定的影響。由于檢測(cè)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?dú)饣旌蠚怏w，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(duì)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?dú)饣旌蠚怏w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(cè)試氧濃度。當(dāng)試樣的長(zhǎng)度較短時(shí)，點(diǎn)燃部分與燃燒筒上部空間較大，試樣周圍的氣體濃度相對(duì)穩(wěn)定不會(huì)受到外部空氣的影響。反之，當(dāng)試樣長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，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?dú)饣旌蠚怏w的氧濃度降低，因此試樣持續(xù)燃燒時(shí)的氧濃度已經(jīng)明顯低于儀器數(shù)顯的氧濃度值，進(jìn)而影響試樣極限氧濃度的測(cè)定，導(dǎo)致測(cè)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?dú)饣旌蠚怏w條件下燃燒初期反應(yīng)較為緩慢，但隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，當(dāng)燃燒至試樣底部時(shí)燃燒的現(xiàn)象越發(fā)劇烈。試樣氧指數(shù)測(cè)定試樣點(diǎn)火示意圖如圖2所示。

4 操作方法對(duì)氧指數(shù)測(cè)定結(jié)果的影響

氧指數(shù)測(cè)定操作過(guò)程應(yīng)嚴(yán)格參照標(biāo)準(zhǔn)以及設(shè)備操作規(guī)程進(jìn)行，同時(shí)一些微小的操作習(xí)慣都將影響試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。

檢測(cè)操作人員應(yīng)在試驗(yàn)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(shí)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(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。同時(shí)在每組試樣測(cè)定間隔，仍需采用混合氣體沖洗燃燒筒至少30s。

試驗(yàn)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?dú)狻８呒兊獨(dú)庑再|(zhì)穩(wěn)定，不易發(fā)生影響試驗(yàn)測(cè)定數(shù)據(jù)的質(zhì)變。高純氧氣的價(jià)格比普通氧氣價(jià)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(rèn)其具體濃度，同時(shí)高純氧氣長(zhǎng)時(shí)間存放易發(fā)生變質(zhì)現(xiàn)象，進(jìn)而在氧指數(shù)測(cè)定過(guò)程中對(duì)測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生影響?；旌蠚怏w中的氧濃度計(jì)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?dú)獾捏w積，L。

在混合氣體過(guò)程中如果使用的不是純氧，就要考慮到在混合氣體過(guò)程中混入其他氣體對(duì)氧濃度的影響。舉例說(shuō)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?dú)饣蚺c空氣進(jìn)行混合時(shí)，混合氣體中的氧濃度計(jì)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?dú)獾捏w積，L。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述試驗(yàn)測(cè)定數(shù)據(jù)和分析可知，狀態(tài)調(diào)節(jié)對(duì)氧指數(shù)測(cè)定結(jié)果有一定的影響，但相對(duì)影響不大，隨著狀態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)間的推進(jìn)，對(duì)結(jié)果的影響逐步消失；環(huán)境溫度、濕度對(duì)氧指數(shù)數(shù)據(jù)的影響較大，需要在試驗(yàn)過(guò)程中注意環(huán)境條件是否符合試驗(yàn)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(zhǎng)或太短的試樣都對(duì)試驗(yàn)結(jié)果具有較大的影響；在氧指數(shù)測(cè)定過(guò)程中應(yīng)減少一些操作方法對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果帶來(lái)的影響。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]崔飛，羅靜，高仲亮，等.阻燃PVC電工套管氧指數(shù)測(cè)定中的影響因素分析[J].林業(yè)勞動(dòng)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