搜索
安全科学与工程学院1木材氧指数理论值与实验值对比分析一、氧指数oxygenindex氧指数（OI）是指在规定的条件下，材料在氧氮混合气流中进行有焰燃烧所需的最低氧浓度。以氧所占的体积百分数的数值来表示。氧指数高表示材料不易燃烧，氧指数低表示材料容易燃烧。二、木材氧指数理论数据不含卤素的高聚物氧指数可用下式估算：OI=17.5+0.4CR式中：OI-氧指数CR-热剩焦量（物质加热到850℃到时候的剩焦量，以质量百分数表示）因木材的主要元素中不含有卤素元素，可用次公式大体估算各种木材的氧指数。取下表中木材的氧指数为理论数据。树种横切面径切面弦切面水曲柳312726杨木272424水杉26--松木312324安全科学与工程学院2三、实验中木材氧指数测定（一）实验仪器、试样1、氧指数测定仪，秒表。2、材料：木棍3、试样数量：每组应制备4个标准试样4、外观要求：试样表面清洁、平整光滑，无影响燃烧行为的缺陷。5、试样的标线：距离点燃端50mm处划一条刻线。（二）实验原理、方法物质燃烧时,需要消耗大量的氧气,不同的可燃物,燃烧时需要消耗的氧气量不同,通过对物质燃烧过程中消耗最低氧气量的测定,计算出物质的氧指数值,可以评价物质的燃烧性能。所谓氧指数（Oxygenindex），是指在规定的试验条件下，试样在氧氮混合气流中，维持平稳燃烧（即进行有焰燃烧）所需的最低氧气浓度，以氧所占的体积百分数的数值表示（即在该物质引燃后，能保持燃烧50mm长或燃烧时间3min时所需要的氧、氮混合气体中最低氧的体积百分比浓度）。作为判断材料在空气中与火焰接触时燃烧的难易程度非常有效。一般认为，OI27的属易燃材料,27≤OI32的属可燃材料,OI≥32的属难燃材料。HC-2型氧指数测定仪，就是用来测定物质燃烧过程中所需氧的体积百分安全科学与工程学院3比。该仪器适用于塑料、橡胶、纤维、泡沫塑料及各种固体的燃烧性能的测试。氧指数的测试方法，就是把一定尺寸的试样用试样夹垂直夹持于透明燃烧筒内，其中有按一定比例混合的向上流动的氧氮气流。点着试样的上端，观察随后的燃烧现象，记录持续燃烧时间或燃烧过的距离，试样的燃烧时间超过3min或火焰前沿超过50mm标线时，就降低氧浓度，试样的燃烧时间不足3min或火焰前沿不到标线时，就增加氧浓度，如此反复操作，从上下两侧逐渐接近规定值，至两者的浓度差小于0.5％。氧指数法是在实验室条件下评价材料燃烧性能的一种方法，它可以对窗帘幕布、木材等许多新型装饰材料的燃烧性能作出准确、快捷的检测评价。需要说明的是氧指数法并不是唯一的判定条件和检测方法，但它的应用非常广泛，已成为评价燃烧性能级别的一种有效方法。（三）实验注意事项1.试样制作要精细、准确，表面平整、光滑。2.氧、氮气流量调节要得当，压力表指示处于正常位置，禁止使用过高气压，以防损坏设备。3.流量计、玻璃筒为易碎品，实验中谨防打碎。（四）实验结果及处理1.实验数据材料木头安全科学与工程学院4实验次数1234氧浓度（%）21252625.5氮浓度（%）79757474.5燃烧时间（s）1.288.4736.2550.32燃烧长度（mm）231.75050燃烧结果OOXX说明：第三、四行记录的分别是氧气和氮气的体积百分比浓度（需将流量计读出的流量计算为体积百分比浓度后再填入）。第五、六行记录的燃烧长度和时间分别为：若氧过量（即烧过50mm的标线），则记录烧到50mm所用的时间；若氧不足，则记录实际熄灭的时间和实际烧掉的长度。第七行的结果即判断氧是否过量，氧过量记“×”，氧不足记“Ο”。2.数据处理根据上述实验数据计算试样的氧指数值OI，即取氧不足的最大氧浓度值和氧过量的最小氧浓度值两组数据计算平均值，因此实验测得氧指数为25.25.四、结论两组数据存在较大误差，除了本身实验原因外，还与选材有安全科学与工程学院5较大关系。木材的种类导致的木头自身的结构有很大的差异。由木材氧指数理论数据可得，除材质不同外，木头的选取截面也有很大关系。木材氧指数存在着方向上的差异,顺纤维方向与垂直纤维方向差异较大,径切面和弦切面之间没有差异或差异不大。说明横切面为受火面时较不易燃,而径切面和弦切面则较易燃。究其原因,主要是木材横切面结构是细胞壁和细胞腔,其中细胞腔占较大比例,而径切面和弦切面结构则以细胞壁为主。燃烧离不开热源、氧气、燃烧物质等三要素。首先,可燃物质受热分解放出可燃性气体,可燃性气体在外界热源的作用下着火。着火是燃烧的开始,燃烧放出的热量向四周扩散,使周围气相和固相温升,从而使燃烧过程得以持续。燃烧阶段材料的燃烧热是重要的影响因素,因为燃烧能否继续的关键,取决于从燃烧热中扣除达到燃烧所需的热量之后剩余热量值的大小。剩余值为负值又无外界提供热量时,燃烧就会停止;剩余值为正值且其量足以使材料产生分解并着火,那末燃烧就会继续。燃烧物质的多寡对燃烧热有重要贡献,单位体积内的燃烧物质越多燃烧热越高。径切面和弦切面单位面积内的可燃物质比横切面多,剩余热量值高,所以在同样达到着火条件下,这两个面更易稳定燃烧,并使燃烧过程持续的可能性增加。其次从导热特性上看,同种木材的导热系数是纵向径向弦向,热量在纵向传递快,容易分散,相邻部位虽受热快但不足以达到使组分分解的程度。由于热量不断向四周扩散,要连续不断地供给更多的热量以保证组分分解所需的温度,需要安全科学与工程学院6一定的时间,这样就使有限的燃烧反应热不能集中,外界供热不足,燃烧继续的条件遭到破坏。从反应动力学角度分析,破坏一个化学键需要一定的能量,木材组分的热分解就是一个破坏化学键的过程,其关键在于能量供应充足与否。相反,木材横向导热系数低,热量向四周扩散受阻,热量集中,使热分解、着火、燃烧及蔓延得以逐渐发展。因此,在相同氧量的情况下,横向热量易于集中,在短时间内使被加热部分产生分解,进而使着火、燃烧的过程顺利完成。这就是纵横向氧指数差异的原因所在。含水量也会对实验结果造成很大影响，实验选材为干燥后的雪糕棍，但因干燥不充分，会使含水量过大，从而是氧指数测定偏低。含水量作为内部因素，对材料的热解与着火都产生很大的影响。木材中的水分有两种形式：结合水和自由水。含水量几乎对所有的木材物理性能都有重要的影响。木材随结合水量的增加而膨胀，其力学强度下降，导热率、电导率升高，结合水扩散率上升。因为水分对可燃物的表面升温速率的影响很大，所以当木材的含水量很高时，木材燃烧时的升温速率相对降低，着火时间相应的增加。木材的含水量可以认为是木材的一个内在特性参数，影响木材的热传导率、比热容和密度，使得木材的热解与着火特性发生变化，着火时间延长。