氧指数试验数据影响因素的研究

金富 白日昌 侯烨 刘惠婧 刘洋

摘要：氧指数是判定建筑材料防火安全的一项关键数据。氧指数根据材料在特定条件下维持燃烧状态的极限氧浓度来进行判定，但在氧指数测定试验过程中易受到环境、设备、操作方法等因素的影响进而产生误差。通过对样品状态调节、试验环境、设备调试等因素的研究，分析其对氧指数试验数据带来的影响。可对氧指数试验结果测定的准确性及建筑材料阻燃性能的提升起到一定的帮助。

关键词：氧指数；状态调节；试验环境；阻燃性能

中图分类号：D631.6       文献标识码：A       文章编号：2096-1227（2023）03-0007-03

极限氧指数（LO）是判定各类材料特别是建筑材料燃烧性能的关键指标，而极限氧指数测定是模拟材料在特定氧气浓度下的燃烧状态，分析其燃烧性能的试验方法。LO（%）越高也就是说维持材料的燃燒需要更高的氧气含量，代表材料的燃烧性能越优。同样的道理，LO（%）越低也就是说在更低的氧气浓度环境下试样仍然可以持续燃烧，代表材料的燃烧性能越差。因为需要通过维持燃烧状态的氧气浓度、材料的燃烧时间和燃烧长度来综合判定，因此不同的环境因素、设备因素以及操作因素都会给试验数据带来一定的影响。本文利用聚苯颗粒保温板作为测试材料，在不同环境下进行氧指数测定，并对通过改变环境影响因素得到的测试结果进行归纳和总结。为了验证试验结果的准确性，比对试验均采用同一批次产品，采用同样的取样方式，做的均匀取样。并按照每组检测相同的试验条件分别进行三次检测，并对三次的检测结果取平均值。力图得到最具代表性的实验数据。通过本文的数据分析和研究，找出影响氧指数试验数据的各种因素，以及其给试验数据带来的影响幅度。氧指数测定仪如图1所示。

图1  氧指数测定仪

1 样品状态调节对氧指数测定的影响

样品状态调节是燃烧试验中较为常见的试验步骤，因为样品中的含水量对燃烧性能有着较为显著的影响。试样在试验阶段维持在相对稳定的含水量能够有效降低误差，提高试验数据的稳定性。GB/T2406.2—2009《塑料 用氧指数法测定燃烧行为 第2部分：室温试验》标准中规定试样在满足温度23～25℃，湿度45%～55%条件下进行状态调节时间不应小于88h[1]。目的是确保试样在相对稳定的条件下，保持恒重即表明试样状态调节达到样品稳定状态。本研究在不同状态调节条件下进行氧指数测定，分析在不同状态调节条件下对材料氧指数测定结果带来的影响。不同状态调节时间条件下的氧指数测定结果如表1所示。

通过上表可知随着状态调节时间的增加，试样氧指数测定的结果先呈现下降趋势后又趋于稳定。针对这种现象分析可知，状态调节时间对试样的氧指数测定结果有一定的影响，但随着状态调节时间的增加，试样的含水量趋于稳定，对试样氧指数测定结果的影响逐步减弱[2]。

2 试验温度、湿度对氧指数测定的影响

在标准中理想的试验条件为温度（23±2）℃，湿度：（55±3）%。为研究在其他环境条件下的氧指数数据变化情况，以聚苯颗粒保温板为例，在不同的温度和湿度环境下分别进行比对试验，分析环境因素在氧指数测定过程中带来的影响。不同环境温度条件下的氧指数测定结果如表2所示。

不同温度环境下的氧指数结果略有不同，其中环境温度与氧指数测定结果成反比，即随着环境温度上升其氧指数呈现下降趋势。这与材料本身的特性有关，当温度上升时材料本身的阻燃性能下降导致其易于燃烧的结果。因此我们得到结论：当环境温度上升时，会导致氧指数数值下降。同时当被测样品的极限氧指数数值为临界值时极易出现被测样品判定不合格的情况，影响材料的耐火性能判定。不同环境湿度条件下的氧指数测定结果如表3所示。

湿度的变化与氧指数测定数值成正比，即当湿度上升时其氧指数测定数值呈上升趋势，因此我们可以得出结论：当环境湿度增加时，氧指数测定数据也会随之增加。通过对以上两组数据的分析可知，当环境湿度改变时的确会对氧指数的测定带来影响，特别是当被测样品的氧指数处于临界值的情况下，不注意环境因素对氧指数测定的影响，将对最终的氧指数测定结果以及燃烧性能的判定带来颠覆性的影响。

3 试样制备对氧指数测定的影响

GB/T2406.2—2009《塑料 用氧指数法测定燃烧行为 第2部分：室温试验》中对试样的制备进行了规定，试样的长度应满足80～150mm。但在实际操作过程中发现试样的长度对氧指数测定结果具有一定的影响。由于检测设备是内径75～100mm、高度（500±50）mm的燃烧筒，在下端输送一定比例的氧气、氮气混合气体，燃烧筒的顶端是敞开的并且直接与空气接触，因此，燃烧筒的中下部分气体浓度相对稳定。与之相反，由于燃烧筒的顶端是敞开的，因此一定比例的氧气、氮气混合气体易与空气混合导致燃烧筒顶部的气体浓度低于设定的测试氧浓度。当试样的长度较短时，点燃部分与燃烧筒上部空间较大，试样周围的气体浓度相对稳定不会受到外部空气的影响。反之，当试样长度较长时，试样的顶端距离燃烧筒口较近，由于混入了部分空气导致一定比例的氧气、氮气混合气体的氧浓度降低，因此试样持续燃烧时的氧浓度已经明显低于仪器数显的氧浓度值，进而影响试样极限氧浓度的测定，导致测定数据结果偏大。这也解释了为什么当同一试样在同一氧浓度的氧气、氮气混合气体条件下燃烧初期反应较为缓慢，但随着试验的进行，当燃烧至试样底部时燃烧的现象越发剧烈。试样氧指数测定试样点火示意图如图2所示。

4 操作方法对氧指数测定结果的影响

氧指数测定操作过程应严格参照标准以及设备操作规程进行，同时一些微小的操作习惯都将影响试验测定结果的准确性。

检测操作人员应在试验开始前设定具体的氧指数浓度参数，待数显氧指数稳定后应采用该浓度的混合气体冲洗燃烧筒至少30s，如果冲洗时间不足，燃烧筒内原有残留的空气将使燃烧筒内气体浓度不能达到稳定状态。同时在每组试样测定间隔，仍需采用混合气体冲洗燃烧筒至少30s。

试验用标准气体应采用纯度高、品质好、质量稳定的氧气和氮气。高纯氮气性质稳定，不易发生影响试验测定数据的质变。高纯氧气的价格比普通氧气价格高很多，为了避免气体供应商以次充好，在每次更换前应确认其具体浓度，同时高纯氧气长时间存放易发生变质现象，进而在氧指数测定过程中对测定结果产生影响。混合气体中的氧浓度计算：

式中：C0——氧、氮混合气体中的氧浓度，%；

V0——混合气体中每单位体积中的氧气的体积，L；

VN——混合气体中每单位体积中的氮气的体积，L。

在混合气体过程中如果使用的不是纯氧，就要考虑到在混合氣体过程中混入其他气体对氧浓度的影响。举例说明，当使用氧浓度为99.3%的高纯氧气与氧浓度为0.2%的高纯氮气或与空气进行混合时，混合气体中的氧浓度计算：

式中：C0——氧、氮混合气体中的氧浓度，%；

——混合气体中每单位体积中的氧气的体积，L；

——混合气体中每单位体积中的空气的体积，L；

——混合气体中每单位体积中的氮气的体积，L。

5 结语

通过上述试验测定数据和分析可知，状态调节对氧指数测定结果有一定的影响，但相对影响不大，随着状态调节时间的推进，对结果的影响逐步消失；环境温度、湿度对氧指数数据的影响较大，需要在试验过程中注意环境条件是否符合试验要求；试样的制备在满足标准要求的前提下应做到统一，太长或太短的试样都对试验结果具有较大的影响；在氧指数测定过程中应减少一些操作方法对数据结果带来的影响。

参考文献：

[1]GB/T 2406.2—2009.塑料 用氧指数法测定燃烧行为 第2部分：室温试验[S].

[2]崔飞，罗静，高仲亮，等.阻燃PVC电工套管氧指数测定中的影响因素分析[J].林业劳动安全，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