影響氧指數測定準確性的因素和解決辦法

【摘要】隨著我國城市化的高速發展，我國的大城市群，如長江中游城市群、哈長城市群、成渝城市群、長江三角洲城市群等在國家經濟生活中扮演著重要的角色。城市化帶來的現代化高層建筑使得都市生活變得越來越擁擠，同時發生火災的風險也越來越大。隨著全社會對消防安全的關注，阻燃材料利用其自身不易燃燒的特性被越來越多的應用在建筑材料中。氧指數試驗是分析建筑材料阻燃性能的一項關鍵數據，通過對阻燃材料氧指數測定影響因素的研究可對降低氧指數試驗結果的誤差和阻燃材料的燃燒性能提升起到一定的作用。

【關鍵詞】氧指數；環境因素；設備因素；試件制備；燃燒性能

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.04.042

【基金項目】遼寧省市場監督管理局科技計劃項目《高溫氧指數測定在保溫材料阻燃性能研究中的應用》（2022ZC011）。

Factors Affecting the Accuracy of Oxygen Index Determination and Solutions

JIN Fu

（Liaoning Inspection， Examination & Certification Centre， Shenyang 110036， China）

Abstract： With the rapid development of urbanization，major urban agglomerations such as the middle reaches of the Yangtze River， Harbin-Changchun， Chengdu-Chongqing and Yangtze River Delta agglomerations play important roles in the economic life of our country. Modern high-rise buildings brought about by urbanization have made urban life increasingly crowded and the risk of fire is also increasing. With the attention of the whole society to fire safety， flame-retardant materials are increasingly used in building materials by virtue of their non-combustible characteristics. Oxygen index test is a key data to analyze the flame retardancy of building materials. The research on the influencing factors of oxygen index measurement of flame retardant materials can reduce the error of oxygen index test results and improve the combustion performance of flame retardant materials.

Key words： oxygen index； environmental factor； equipment factor； test material preparation； combustion performance

氧指數測定試驗是判定塑料制品特別是建筑材料阻燃性能的重要指標，該種試驗方法能夠真實有效的反映出材料的阻燃性能，并根據材料的阻燃性能分析其使用場景。氧指數測定試驗的原理是在理想的氧濃度環境下，引燃試件并根據試件的燃燒長度以及燃燒時間兩項指標判斷其燃燒特性。舉例說明如果試件在較高的氧濃度環境下仍然不滿足燃燒條件，代表試件具有較好的阻燃性能。相反如果試件在較低的氧濃度環境仍然符合燃燒條件，代表試件的阻燃性能較差易于燃燒。氧指數測定試驗作為一種依靠特定環境下氧濃度來對試件進行判定的試驗同時易受到諸如環境因素、設備因素、操作因素等的影響，產生誤差進而影響材料燃燒性能分級的判定。氧指數測定儀如圖1所示。

1狀態調節對試驗數據的影響

國家標準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》對樣品的狀態調節進行了規定，標準要求樣品需要在溫度為23～25℃，濕度為45%～55%的環境下進行狀態調節并且狀態調節時間不應小于88小時。在滿足以上狀態調節條件下方可開展試驗。可能要問氧指數測定試驗為什么要進行狀態調節。

試驗前進行狀態調節的原因很多，歸根結底是為了實現待測樣品與狀態調節溫度和狀態調節濕度以及樣品含水量的平衡。阻燃材料特別是塑料制品在生產過程中由于可能加入的阻燃劑以及其他化學材料的原因導致在出廠狀態下材料的燃燒性能極不穩定，需要一定的時間來調節材料自身的平衡。同時材料在出廠狀態以及進行阻燃處理等措施常常導致材料試樣中的含水量較高。易于對燃燒性能數據產生較為明顯的影響。保持試樣在試驗過程中較為穩定的含水率可以有效地降低試驗誤差，提高試驗結果的準確性。一般認為在一定時間內材料達到恒重狀態，即表明材料達到了平衡。為了驗證以上的分析，根據不同的狀態調節時間對同一組樣品在相同試驗條件下分別進行氧指數測定試驗。測定結果如表1所示。

通過以上數據表明，樣品氧指數測定結果先下降，并隨著狀態調節時間的變化又趨于穩定。因此在試驗開始前對樣品進行狀態調節是十分必要的，通過樣品狀態調節時間的增加，測定數據趨于穩定。可以有效地降低環境因素對阻燃材料氧指數測定結果的影響[1]。

2試驗具體操作對氧指數結果的影響

氧指數測定試驗流程分為樣品制備、混合氣體調節以及樣品燃燒現象分析三個主要環節。為了提高試驗的準確性避免誤差的產生。首先在開展氧指數試驗之前應按照標準要求和設備說明書制定相應的試驗操作規程，因為在試驗過程中的小細節往往就會對試驗結果帶來一定的影響。但這些影響試驗數據準確性的小細節往往都被試驗操作人員忽略了。通過長時間的檢驗工作的積累以及參加多次氧指數項目實驗室比對的經驗對可能影響實驗數據的操作細節進行詳細的分析。

1）氧濃度的測量是氧指數測定儀設計中的核心環節，國內、外設備研制廠商均使用氧濃度傳感器用于氧指數測定設備的氧濃度測量。本文以產地為英國的AO2氧濃度傳感器為例對該類傳感器進行介紹。該類傳感器的工作模式屬于電化學式的傳感器。是將化學元素與氧氣反應產生的化學信號轉換成電子信號來對氧濃度進行定量。由于其獨特的工作模式全新的氧濃度傳感器會封存在氮氣密封包裝中，避免與空氣接觸。氧濃度傳感器的每一次測量工作都會消耗一定量的化學物質，所以在長時間使用時化學元素會隨著與空氣的反應而逐步減少。當氧濃度傳感器損耗到一定量時將會影響測量的準確性。因此在長時間使用后需要對氧濃度傳感器進行更換。同時在每次實驗結束后應單獨開啟氮氣對試驗設備管路進行吹掃，目的是將管道內的氧氣排空降低對氧濃度傳感器帶來的損耗，延長設備器件的使用時間。AO2氧濃度傳感器如圖2所示。

3樣品制備對氧指數結果的影響

GB/T 2406.2—2009國標中對樣品試樣的制備有明確的規定，其中試驗樣品的長度不應小于80 mm并不應大于150 mm。國家標準中對樣品長度的要求是一個區間的范圍而沒有具體要求。忽視這個細節將對具體試驗操作帶來一定的影響。

首先氧指數測定試驗裝置的燃燒筒由上方敞開的圓柱形耐火玻璃構成。上方的開口直接與空氣接觸，在注入混合氣體時上方的開口有可能混入一定比例的空氣?？諝獾幕烊雽е氯紵采戏降难鯕鉂舛扰c設定的目標氧濃度產生一定的誤差。具體表現為燃燒筒上方的實際氧濃度要低于燃燒筒中部和下部氧濃度。所以當試驗試件制備較長時，試件頂端接觸的氣體濃度實際比目標氧濃度更低。這也就解釋了為什么當樣品頂端被點燃時的燃燒現象不如試件中后段的燃燒現象更為明顯、劇烈。如果在實際檢驗過程中錯誤地將這種燃燒不充分現象歸納為氧濃度過低，將會導致氧指數測定結果偏高產生誤差。為了避免該類試件制備環節對氧指數測定結果的影響，在日常操作過程中應將試件制備為統一長度，并且試件的長度應適中不宜過長。以保證試件周圍的氧氣穩定、均勻、準確。氧指數測定儀燃燒筒示意圖如圖3所示。

4試驗環境對氧指數結果的影響

GB/T 2406.2—2009中對試驗環境有著明確的要求即環境溫度應達到（23±2）℃，環境濕度應達到（55±3）%。當環境溫度升高時會對材料的自身分子結構帶來影響，進而影響氧指數測定結果。通過查閱相關論文和模擬試驗得知，氧指數測定結果與環境溫度成反比即在高溫環境下樣品更容易被點燃，環境溫度上升氧指數數據下降相反環境溫度下降氧指數數據上升。

濕度與氧指數測定結果之間成正比關系，同理環境濕度上升氧指數數據隨之上升相反環境濕度下降氧指數數據隨之下降。本文通過兩組比對試驗佐證以上論點。選取同一樣品分別在不同環境溫度和環境濕度條件下開展對比氧指數測定試驗，試驗結果如表2、表3所示。

通過以上數據可知，環境溫度和環境濕度是造成試驗結果誤差的因素之一，在試驗過程中應該引起重視。特別是樣品的氧指數測定結果處于合格線臨界值時。如果不注意這些試驗細節將會影響到材料的判定結果。

5結論

氧指數測定作為判定阻燃材料燃燒性能最主要、最直觀的檢驗依據。通過分析在特定氧濃度環境下材料的燃燒現象，對材料的阻燃性能進行判定分級。通過對大量的實驗數據的總結以及參加氧指數試驗能力比對項目分析可知：如狀態調節、設備操作因素、樣品制備因素、試驗環境等均會對試驗數據帶來一定的影響。通過本文的分析和研究希望對降低誤差的發生，提高檢測數據的準確性帶來一定的幫助。

【參考文獻】

[1]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，2009，22（2）：31-35.

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

[3]龔嘉偉，陳宏業，何家威.燃燒筒溫度對塑料氧指數的影響[J].建材發展導向（上），2021，19（1）：5-6.

【作者簡介】

金富，男，1983年出生，高級工程師，學士，研究方向為建筑材料及消防器材檢測。

（編輯：李鈺雙）