氧指數試驗數據影響因素的研究

金富 白日昌 侯燁 劉惠婧 劉洋

摘要：氧指數是判定建筑材料防火安全的一項關鍵數據。氧指數根據材料在特定條件下維持燃燒狀態的極限氧濃度來進行判定，但在氧指數測定試驗過程中易受到環境、設備、操作方法等因素的影響進而產生誤差。通過對樣品狀態調節、試驗環境、設備調試等因素的研究，分析其對氧指數試驗數據帶來的影響。可對氧指數試驗結果測定的準確性及建筑材料阻燃性能的提升起到一定的幫助。

關鍵詞：氧指數；狀態調節；試驗環境；阻燃性能

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

極限氧指數（LO）是判定各類材料特別是建筑材料燃燒性能的關鍵指標，而極限氧指數測定是模擬材料在特定氧氣濃度下的燃燒狀態，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。同樣的道理，LO（%）越低也就是說在更低的氧氣濃度環境下試樣仍然可以持續燃燒，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，因此不同的環境因素、設備因素以及操作因素都會給試驗數據帶來一定的影響。本文利用聚苯顆粒保溫板作為測試材料，在不同環境下進行氧指數測定，并對通過改變環境影響因素得到的測試結果進行歸納和總結。為了驗證試驗結果的準確性，比對試驗均采用同一批次產品，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，并對三次的檢測結果取平均值。力圖得到最具代表性的實驗數據。通過本文的數據分析和研究，找出影響氧指數試驗數據的各種因素，以及其給試驗數據帶來的影響幅度。氧指數測定儀如圖1所示。

圖1? 氧指數測定儀

1 樣品狀態調節對氧指數測定的影響

樣品狀態調節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定的含水量能夠有效降低誤差，提高試驗數據的穩定性。GB/T2406.2—2009《塑料 用氧指數法測定燃燒行為 第2部分：室溫試驗》標準中規定試樣在滿足溫度23～25℃，濕度45%～55%條件下進行狀態調節時間不應小于88h[1]。目的是確保試樣在相對穩定的條件下，保持恒重即表明試樣狀態調節達到樣品穩定狀態。本研究在不同狀態調節條件下進行氧指數測定，分析在不同狀態調節條件下對材料氧指數測定結果帶來的影響。不同狀態調節時間條件下的氧指數測定結果如表1所示。

通過上表可知隨著狀態調節時間的增加，試樣氧指數測定的結果先呈現下降趨勢后又趨于穩定。針對這種現象分析可知，狀態調節時間對試樣的氧指數測定結果有一定的影響，但隨著狀態調節時間的增加，試樣的含水量趨于穩定，對試樣氧指數測定結果的影響逐步減弱[2]。

2 試驗溫度、濕度對氧指數測定的影響

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

不同溫度環境下的氧指數結果略有不同，其中環境溫度與氧指數測定結果成反比，即隨著環境溫度上升其氧指數呈現下降趨勢。這與材料本身的特性有關，當溫度上升時材料本身的阻燃性能下降導致其易于燃燒的結果。因此我們得到結論：當環境溫度上升時，會導致氧指數數值下降。同時當被測樣品的極限氧指數數值為臨界值時極易出現被測樣品判定不合格的情況，影響材料的耐火性能判定。不同環境濕度條件下的氧指數測定結果如表3所示。

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

3 試樣制備對氧指數測定的影響

GB/T2406.2—2009《塑料 用氧指數法測定燃燒行為 第2部分：室溫試驗》中對試樣的制備進行了規定，試樣的長度應滿足80～150mm。但在實際操作過程中發現試樣的長度對氧指數測定結果具有一定的影響。由于檢測設備是內徑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致燃燒筒頂部的氣體濃度低于設定的測試氧濃度。當試樣的長度較短時，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定不會受到外部空氣的影響。反之，當試樣長度較長時，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，因此試樣持續燃燒時的氧濃度已經明顯低于儀器數顯的氧濃度值，進而影響試樣極限氧濃度的測定，導致測定數據結果偏大。這也解釋了為什么當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較為緩慢，但隨著試驗的進行，當燃燒至試樣底部時燃燒的現象越發劇烈。試樣氧指數測定試樣點火示意圖如圖2所示。

4 操作方法對氧指數測定結果的影響

氧指數測定操作過程應嚴格參照標準以及設備操作規程進行，同時一些微小的操作習慣都將影響試驗測定結果的準確性。

檢測操作人員應在試驗開始前設定具體的氧指數濃度參數，待數顯氧指數穩定后應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，燃燒筒內原有殘留的空氣將使燃燒筒內氣體濃度不能達到穩定狀態。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。

試驗用標準氣體應采用純度高、品質好、質量穩定的氧氣和氮氣。高純氮氣性質穩定，不易發生影響試驗測定數據的質變。高純氧氣的價格比普通氧氣價格高很多，為了避免氣體供應商以次充好，在每次更換前應確認其具體濃度，同時高純氧氣長時間存放易發生變質現象，進而在氧指數測定過程中對測定結果產生影響。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，%；

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 結語

通過上述試驗測定數據和分析可知，狀態調節對氧指數測定結果有一定的影響，但相對影響不大，隨著狀態調節時間的推進，對結果的影響逐步消失；環境溫度、濕度對氧指數數據的影響較大，需要在試驗過程中注意環境條件是否符合試驗要求；試樣的制備在滿足標準要求的前提下應做到統一，太長或太短的試樣都對試驗結果具有較大的影響；在氧指數測定過程中應減少一些操作方法對數據結果帶來的影響。

參考文獻：

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

[2]崔飛，羅靜，高仲亮，等.阻燃PVC電工套管氧指數測定中的影響因素分析[J].林業勞動安全，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