影響營運客車內(nèi)飾材料氧指數(shù)檢測因素的研究

摘 要：通過對營運客車內(nèi)飾材料中影響氧指數(shù)檢測結(jié)果的各種因素進(jìn)行試驗分析，對試驗過程中提出了建議，對試驗人員在分析檢測原因時提供參考方向，從而保證結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

關(guān)鍵詞：氧指數(shù) 客車內(nèi)飾材料 影響因素

1 緒論

隨著大陸氣候的變化和環(huán)境污染影響和工業(yè)水平的提高，我國大力發(fā)展新能源。我國的新能源汽車也在經(jīng)歷高速發(fā)展，截至2024年6月，新能源市場占有率達(dá)到35.2%。隨著汽車市場的擴(kuò)大，其中汽車內(nèi)飾材料也愈發(fā)重要。它不僅帶給乘客舒適的體驗，同時其阻燃性能也影響了駕乘人員的生命和財產(chǎn)安全。交通運輸部標(biāo)準(zhǔn)JT/T 1095-2022 《營運客車內(nèi)飾材料阻燃特性》的發(fā)布。氧指數(shù)在客車內(nèi)飾材料檢測項目中成為最關(guān)鍵的項目之一。氧指數(shù)值的大小，代表了試樣燃燒可能性和燃燒時蔓延的快慢以及乘客逃生的關(guān)鍵時間長短。筆者根據(jù)JT/T1095-2022《營運客車內(nèi)飾材料阻燃特性》，本文從設(shè)備方面、燃燒筒溫度、氧氮混合氣純度、氧氮氣含濕量、測試操作方法進(jìn)行了分析，從試樣調(diào)節(jié)時間、試樣長度、點火長度、環(huán)境溫濕度方面進(jìn)行氧指數(shù)驗證，確保結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2 氧指數(shù)測試方法

氧指數(shù)測試方法是先將試樣在空氣中點燃狀態(tài)，選擇初始氧濃度。選取合適的步長，在試樣或者試樣框架上根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)做好標(biāo)記線，根據(jù)試樣燃燒的時間和長度確定下一個試樣所需氧濃度。如上一個試樣為“×”情況，下一個試樣就增加氧濃度。反之上一個是“O”情況，就增加氧濃度。確定試樣的氧指數(shù)范圍區(qū)間后，在每次按照相同的步長逐增或者逐減。直到獲得與上一個反應(yīng)的相反為止，這一系列就組成NL系列。延續(xù)相同的步長再測試四個以上試樣，記錄每個試樣的氧濃度和反應(yīng)類型，結(jié)尾試樣的氧濃度記為Cf， K值的大小通過查表依據(jù)前面的NL 和Cf綜合得出。氧指數(shù)的計算公式為式 OI=Cf+kd。其中d為我們測試選擇的具體步長，通過氧濃度標(biāo)準(zhǔn)偏差公式。根據(jù)核查步長d能否滿足如滿足條件則驗證氧指數(shù)有效，如果d，則需要減小步長d值，并需要重新得到NL計算氧指數(shù)。

3 氧指數(shù)檢測因素分析

3.1 設(shè)備的影響

氧指數(shù)原理是將氮、氧的混合氣通入一個顏色透明的垂直向上的玻璃燃燒筒中，用體積分?jǐn)?shù)表示能恰好維持試樣燃燒的氧濃度。試樣是垂直向上固定在試驗夾上，從燃燒筒上方點燃試樣頂端，評估每根試驗的燃燒狀態(tài)，在一系列的不同氧濃度的檢測中，得到最小的氧濃度。

氧指數(shù)測試儀由氧、氮氣體、燃燒筒、樣品夾、流量計和控制調(diào)節(jié)端幾部分組成。測試主要按：（1）試樣預(yù)備并進(jìn)行前處理狀態(tài)調(diào)節(jié)；（2）氧指數(shù)測試儀的校準(zhǔn)調(diào)節(jié)；（3）樣品測試環(huán)節(jié)。氧指數(shù)測試儀控制調(diào)節(jié)端里面有AO2氧濃度傳感器，它起到調(diào)節(jié)氧濃度的作用，它的原理是電化學(xué)傳感器，將氧氣與氮氣的化學(xué)信號轉(zhuǎn)化電子信號。氧指數(shù)設(shè)備的長時間使用，隨著與空氣的不斷接觸，里面的電化學(xué)傳感器也會不斷被消耗，結(jié)果就是設(shè)備的準(zhǔn)確性的降低。每次的試驗結(jié)束，管路中還有殘留氣體，需要單獨用氮氣進(jìn)行清洗，以最大程度減小AO2氧濃度傳感器的化學(xué)反應(yīng)。除此之外還需定期參加氧指數(shù)對比，也需要定期更換氧濃度傳感器。

3.1.1 氣體純度的影響

標(biāo)準(zhǔn)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》第5.3條對氣源做出了要求。氮氧氣通過流量計調(diào)節(jié)達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)氧濃度。氧、氮氣的純度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）不能低于98%，所以在選擇氣體時，應(yīng)首選高純氧氣、高純氮氣。普通氧、氮氣除了純度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）不能保證外，氣體中的雜質(zhì)也會影響AO2氧濃度傳感器產(chǎn)，從而影響測試的結(jié)果。

3.1.2 混合氣體含濕量的影響

氧指數(shù)設(shè)備是通過氮氧氣混合進(jìn)入燃燒筒以維持試樣在燃燒筒內(nèi)的穩(wěn)定燃燒。在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》第5.3條要求了進(jìn)入燃燒筒的氧、氮氣體的含濕量應(yīng)小于0.1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)。）混合氣體中含有水分，氧指數(shù)測試儀里的干燥劑通過吸收混合氣和空氣中的水分，從而保證燃燒筒內(nèi)氣體的干燥。如實驗室未定時定期更換干燥劑，或者沒有對失去吸濕能力的干燥劑進(jìn)行干燥處理，就無法保持混合氣體中的含濕量要求，也就無法確保試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。所以在檢測時，要及時關(guān)注干燥劑的情況，要及時處理和更換干燥劑。

3.2 燃燒筒溫度的影響

在往常對影響營運客車內(nèi)飾材料氧指數(shù)檢測因素的研究中，容易忽視燃燒筒溫度的影響。燃燒筒高度（500±50）mm，內(nèi)徑（75～100）mm，由耐熱玻璃組成，試樣在燃燒筒里被燃燒受熱，熱傳遞引起熱失控后試樣燃燒，周圍空氣溫度攀升加快分子運動，進(jìn)一步促進(jìn)氣流運動，加劇氧氣、氮氣的分子運動。玻璃燃燒筒周圍的溫度會急劇升高。溫度升高加速試樣的燃燒，進(jìn)一步降低氧濃度。根據(jù)“龔嘉偉，陳宏業(yè)，何家威-燃燒筒溫度對塑料氧指數(shù)的影響”里的測試分析得出試樣的氧指數(shù)會受到燃燒筒溫度的影響，氧指數(shù)會伴隨玻璃燃燒筒溫度增高而下降的趨向。所以在測試時，建議備多個燃燒筒，輪流使用以降低對氧指數(shù)的影響。

3.3 操作方法的影響

在設(shè)備開始時，需先進(jìn)行氮氣和氧氣的校準(zhǔn)，先打開氮氣通路，關(guān)閉氧氣通路，對管路進(jìn)行氮氣的沖洗。然后再關(guān)閉氮氣通路，打開氧氣通路，對管路進(jìn)行全氧氣沖洗。如果在測試時，未進(jìn)行以上操作，管路中有殘留混合氣體，對測試結(jié)果產(chǎn)生一定的偏差。測試人員在測試開始前會根據(jù)實際情況設(shè)定具體的氧指數(shù)數(shù)值。等控制器段自動調(diào)節(jié)到設(shè)定的數(shù)值時需保持混合氣體對燃燒筒至少沖洗30s以上。筆者分析，沖洗時間不充分的情況下，管路中的原氧濃度空氣會影響測試的氧濃度，使得燃燒筒內(nèi)的混合氣體不能處于穩(wěn)定的狀態(tài)，試樣在測試時會受到波動，氧指數(shù)值也會出現(xiàn)偏差從而影響結(jié)果。

3.4 不同的樣品調(diào)節(jié)時間的試驗結(jié)果對比

試樣是在溫度（23±2）℃、濕度（50±5）%的環(huán)境下進(jìn)行調(diào)節(jié)。從試驗結(jié)果分析，氧指數(shù)試驗前的狀態(tài)調(diào)節(jié)是為了在溫度、濕度和含水量之間的一個平衡。樣品未進(jìn)行調(diào)節(jié)或調(diào)節(jié)時間不夠，對試驗數(shù)據(jù)會產(chǎn)生較大的影響。試樣生產(chǎn)初期，試樣本身狀態(tài)還處于不穩(wěn)定狀態(tài)。氧指數(shù)結(jié)果會隨著狀態(tài)調(diào)節(jié)時間變化，先是變小，后是逐漸穩(wěn)定。所以在檢測時，樣品需要在標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境、調(diào)節(jié)足夠的時間，保證測試結(jié)果的一致性。

3.5 試樣長度不同的試驗結(jié)果對比

從試驗結(jié)果分析得出，試樣長度不同對氧指數(shù)結(jié)果有一定的影響。燃燒筒上方為開口形狀，混合氣體不斷從燃燒筒底部垂直向上流動，燃燒筒上方除了存在混合氣、還混有空氣。當(dāng)試樣較短時，試樣頂端離燃燒筒的距離較遠(yuǎn)，試樣上部分有更多的空間。這進(jìn)一步導(dǎo)致試樣頂端部分受到更多空氣影響。氧氮氣混合的氧濃度降低。那燃燒筒上部的氧濃度就會與燃燒筒中部、下部有所偏差。試樣頂端所接觸的氧濃度要低于試樣中下部的氧濃度。筆者通過實驗觀察發(fā)現(xiàn)試樣具體的燃燒狀態(tài)時，中下部分較上部分會更強烈。所以在測試過程中，采用不同長度的試樣，試樣燃燒狀態(tài)會出現(xiàn)細(xì)微差別，這時不能直接歸結(jié)了試樣的氧濃度過低。因為氧指數(shù)在不同長度的試樣之間變化，長度越長，氧指數(shù)數(shù)值越大。所以在測試時，選擇統(tǒng)一長度的試樣，以確保試樣周圍的氧氣同樣均勻、穩(wěn)定。

3.6 試樣厚度不同的試驗結(jié)果對比

從試驗結(jié)果分析得出，試樣厚度不同對氧指數(shù)結(jié)果有一定的影響，筆者認(rèn)為試樣在受熱時，溫度呈一個階梯狀態(tài)，首先厚度越厚的試樣在表層向里層熱輻射時需要的時間更長。試樣從受熱后傳遞熱量到試樣熱分解，這部分時間是試樣著火過程中的重要部分。厚度越厚的試樣，點燃就需要增大氧濃度，從而引起化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)入燃燒狀態(tài)。氧指數(shù)隨著試樣厚度增加而變大。因為越薄的試樣越容易被燃燒，同時試樣燃燒的時間就越短，氧指數(shù)值就越小。所以在具體試驗時，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的厚度測試。保證測試的準(zhǔn)確性和可靠性。

3.7 不同環(huán)境溫度的試驗結(jié)果對比

從試驗結(jié)果分析得出，試驗環(huán)境溫度與氧指數(shù)結(jié)果成相反的關(guān)系。分子會受到試驗環(huán)境中的溫度影響而加快或減少分子運動的速度。環(huán)境溫度升高，試樣燃燒時的速度就會越快，試樣所需要的氧濃度就越低。氧指數(shù)結(jié)果呈一個下降的趨勢。溫度越高，試樣更容易被點燃，氧指數(shù)值越小。

3.8 不同環(huán)境濕度的試驗結(jié)果對比

從試驗結(jié)果分析得出，濕度與氧指數(shù)成一個正比的關(guān)系。當(dāng)環(huán)境濕度增高時，空氣中的水分含量就會增多，同時試樣所吸收的水分含量也越多，試樣含濕量越高，試樣熱失控而引燃試樣所需的氧濃度就越高。試樣就越不容易被點燃。需要維持試樣燃燒的氧指數(shù)就會越大，試樣的氧指數(shù)值就越大。

3.9 不同點火長度的試驗結(jié)果對比

在以往的測試分析中，點火長度也是一個容易忽略的因素。從試驗結(jié)果分析得出，點火長度對氧指數(shù)結(jié)果有一定的影響，點火長度越長，同時間內(nèi)試樣頂端和頂端以下部位受到的熱量也越高，這直接加快了分子的運動，試樣燃燒的速度就會越快，燃燒時間就會越短，氧指數(shù)值就會偏小。 所以在實際測試時，需嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的火焰高度要求。現(xiàn)目前的氧指數(shù)按材料分類的標(biāo)準(zhǔn)測試，塑料、皮革材料等按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》進(jìn)行測試，橡膠類材料按GB/T10707 《橡膠燃燒性能的測定》進(jìn)行測試，紡織材料按GB/T5454《紡織品 燃燒性能試驗 氧指數(shù)法》進(jìn)行測試，橡膠類材料與塑料類材料的點火長度一致，與紡織品點燃長度有細(xì)微差別，前者的點燃長度是（16±4）mm，后者的點燃長度為（15～20）mm，汽車市場正在經(jīng)歷高速發(fā)展，其中的汽車內(nèi)飾材料相較以前也有了較大變化，其中包含了許多新型材料，同時含有塑料和紡織品等的組合型材料，這對新型復(fù)合材料和以往的塑料、皮革、紡織品、橡膠材料的點火長度的統(tǒng)一點燃提出更高的要求。

4 結(jié)論及建議

通過對試樣的氧指數(shù)檢測分析得知：氧指數(shù)的AO2氧濃度傳感器、混合氣體中的干燥情況、燃燒筒溫度、測試操作的方法、試樣調(diào)節(jié)時間、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、試樣長短、試樣厚度、點火長度都對氧指數(shù)檢驗結(jié)果有明顯的影響。通過分析和研究，（1）建議定期檢查和更換AO2氧濃度傳感器。（2）建議多備幾個燃燒筒在測試時輪流使用。（3）定期檢查和處理干燥劑。（4）建議嚴(yán)格按照測試方法在試驗進(jìn)行氧氣、氮氣的管路清洗。（5）建議嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)測試要求，在點燃試樣前，保持設(shè)定好氧濃度的混合氣體對燃燒筒的沖洗30s及以上。（6）建議結(jié)合塑料、紡織材料、橡膠材料以及新型的復(fù)合材料等在試樣點燃長度方面規(guī)定統(tǒng)一的點燃長度，以確保材料的準(zhǔn)確性和規(guī)范性。（7）建議標(biāo)準(zhǔn)制修訂部門將樣品的長度確定在具體的數(shù)值，而非一個長度范圍。（8）建議嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢測條件。以減少對氧指數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)果的影響。

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