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)檢測結果的各種因素進行試驗分析，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，從而保證結果的準確性和可靠性。

關鍵詞：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到35.2%。隨著汽車市場的擴大，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。交通運輸部標準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)境溫濕度方面進行氧指數(shù)驗證，確保結果的準確性。

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)標準做好標記線，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類型，結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，通過氧濃度標準偏差公式。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，用體積分數(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）試樣預備并進行前處理狀態(tài)調(diào)節(jié)；（2）氧指數(shù)測試儀的校準調(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，它的原理是電化學傳感器，將氧氣與氮氣的化學信號轉化電子信號。氧指數(shù)設備的長時間使用，隨著與空氣的不斷接觸，里面的電化學傳感器也會不斷被消耗，結果就是設備的準確性的降低。每次的試驗結束，管路中還有殘留氣體，需要單獨用氮氣進行清洗，以最大程度減小AO2氧濃度傳感器的化學反應。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

標準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)達到設定的目標氧濃度。氧、氮氣的純度（質(zhì)量分數(shù)）不能低于98%，所以在選擇氣體時，應首選高純氧氣、高純氮氣。普通氧、氮氣除了純度（質(zhì)量分數(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)，從而影響測試的結果。

3.1.2 混合氣體含濕量的影響

氧指數(shù)設備是通過氮氧氣混合進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條要求了進入燃燒筒的氧、氮氣體的含濕量應小于0.1%（質(zhì)量分數(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果的準確性。所以在檢測時，要及時關注干燥劑的情況，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，進一步促進氣流運動，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

在設備開始時，需先進行氮氣和氧氣的校準，先打開氮氣通路，關閉氧氣通路，對管路進行氮氣的沖洗。然后再關閉氮氣通路，打開氧氣通路，對管路進行全氧氣沖洗。如果在測試時，未進行以上操作，管路中有殘留混合氣體，對測試結果產(chǎn)生一定的偏差。測試人員在測試開始前會根據(jù)實際情況設定具體的氧指數(shù)數(shù)值。等控制器段自動調(diào)節(jié)到設定的數(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)偏差從而影響結果。

3.4 不同的樣品調(diào)節(jié)時間的試驗結果對比

試樣是在溫度（23±2）℃、濕度（50±5）%的環(huán)境下進行調(diào)節(jié)。從試驗結果分析，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，樣品需要在標準的環(huán)境、調(diào)節(jié)足夠的時間，保證測試結果的一致性。

3.5 試樣長度不同的試驗結果對比

從試驗結果分析得出，試樣長度不同對氧指數(shù)結果有一定的影響。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。當試樣較短時，試樣頂端離燃燒筒的距離較遠，試樣上部分有更多的空間。這進一步導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)細微差別，這時不能直接歸結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果對比

從試驗結果分析得出，試樣厚度不同對氧指數(shù)結果有一定的影響，筆者認為試樣在受熱時，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，從而引起化學反應，進入燃燒狀態(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，嚴格按照標準規(guī)定的厚度測試。保證測試的準確性和可靠性。

3.7 不同環(huán)境溫度的試驗結果對比

從試驗結果分析得出，試驗環(huán)境溫度與氧指數(shù)結果成相反的關系。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)境濕度的試驗結果對比

從試驗結果分析得出，濕度與氧指數(shù)成一個正比的關系。當環(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。從試驗結果分析得出，點火長度對氧指數(shù)結果有一定的影響，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，需嚴格按照標準規(guī)定的火焰高度要求。現(xiàn)目前的氧指數(shù)按材料分類的標準測試，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》進行測試，橡膠類材料按GB/T10707 《橡膠燃燒性能的測定》進行測試，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）建議嚴格按照測試方法在試驗進行氧氣、氮氣的管路清洗。（5）建議嚴格按照標準測試要求，在點燃試樣前，保持設定好氧濃度的混合氣體對燃燒筒的沖洗30s及以上。（6）建議結合塑料、紡織材料、橡膠材料以及新型的復合材料等在試樣點燃長度方面規(guī)定統(tǒng)一的點燃長度，以確保材料的準確性和規(guī)范性。（7）建議標準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）建議嚴格執(zhí)行標準規(guī)定的檢測條件。以減少對氧指數(shù)數(shù)據(jù)結果的影響。

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