氧指数实验指导书

氧指数实验指导书沈阳航空工业学院安全工程学院消防教研室1氧指数实验指导书1.实验目的氧指数(OxygenIndex)又叫临界氧浓度（COC）或极限氧浓度（LOC），它是用来对液体或固体材料可燃性进行评价和分类的一个特性指标。它适用于评价塑料、橡胶、树脂、织物、木材、绝缘液体等材料的可燃性或阻燃性。通过本实验使学生了解掌握固体材料氧指数测定的原理和方法，学会使用氧指数测定仪进行固体材料氧指数的测定。2.实验原理氧指法模拟材料在大气中的着火条件，如大气温度、湿度、气流速度等，让试样在不同浓度的氧和氮的混合气中点火燃烧，测出能维持该试样燃烧所需的最低氧浓度（即氧指数），用混合气中氧含量的体积百分数表示。3.实验装置采用JF-3型氧指数测定仪，图1为实验装置示意图，该仪器是根据GB/T2406的技术要求生产的。4.主要仪器材料和试剂4.1JF-3型氧指数测定仪4.1.1燃烧筒：内径75mm、高300mm由耐热玻璃制成，垂直安放在可通过氧、氮混合气流的基座上。底部用直径3~5mm的玻璃珠充填，充填高度为80~100mm。在玻璃珠的上方装有金属网，可防止燃烧碎片阻塞气体入口和配气通路。4.1.2试样夹：能固定在燃烧筒轴心位置上，并能竖直夹住试样；分为自撑材料和试样夹和非自撑材料试样夹两种。图2为非自撑材料试样夹。4.1.3流量测量和控制系统：由稳压器、调节阀、转子流量器、气体混合器等组成。能控制和测量进入燃烧筒的气体流量。4.1.4氧浓度测试系统：由氧浓度传感器及数字显示仪表组成，可测试、读取通入燃烧筒气体的氧浓度。4.2气源：氧、氮气钢瓶和压力调节装置。氧气钢瓶上应有充气标定值，气体压力不低于1MPa。4.3点火器见图2。有一根长金属管，尾端有内径2mm的喷嘴，能伸入燃烧筒内点燃试样。气瓶内为可燃气体。点燃后，当喷嘴竖直向下时，火焰长度为16+4mm。使用时首先将旋钮“1”顺时针关闭，再顺时针拧紧旋钮“2”，之后缓慢打开旋钮“1”同时将喷嘴点燃并按要求调节火焰长度。氧指数实验指导书沈阳航空工业学院安全工程学院消防教研室2图1点火器图2试样夹4.4秒表：用于计时。具有±0.25s精度。4.5排烟系统能排除燃烧产生的烟尘和灰粒，但不影响燃烧筒中的温度和气体流速。4.6试样4.6.1尺寸：见表1。（不同型式、不同厚度的试样，测试结果不可比）表1试样尺寸要求mm类型型式长宽厚用途基本尺寸极限偏差基本尺寸极限偏差基本尺寸极限偏差自撑Ⅰ80～150-10±54±0.25模塑材料Ⅱ10±0.5泡沫材料Ⅲ10.5-原厚片材Ⅳ70～1506.53±0.25电器用塑料、片材或橡胶非自撑Ⅴ140-552≤10.5-软片或薄膜4.6.2数量：每组试样至少15条。4.6.3外观：表面应清洁，无影响燃烧行为的缺陷，如：气泡、裂纹、溶胀、飞边、毛刺等。4.6.4标线：对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型试样，在距点燃端50mm处划线；对Ⅴ试样，标线划在框架上（见图2所示）或划在距点燃端20mm和100mm处。4.7实验环境：常温、常压下进行，即环境为温度10~35℃，相对湿度为45%~75%。如有特殊要求，另行规定。5.实验内容及步骤5.1开始实验时氧浓度的确定根据经验或试样在空气中点燃的情况，估计开始实验时的氧浓度。如在空气中迅速燃烧，则开始实验时的氧浓度为18%左右；在空气中缓慢燃烧或时断时续，则为21%左右；在空气中离开点火源即灭，则至少为25%。5.2调整仪器和点燃试样氧指数实验指导书沈阳航空工业学院安全工程学院消防教研室35.2.1安装试样：将试样夹在夹具上，竖直地安装在燃烧筒的中心位置上，保证试样顶端低于燃烧筒顶端至少100mm。5.2.2调节气体控制装置5.2.2.1校正满度：接通仪器电源，开启已知氧浓度值的氧气钢瓶总阀并调节减压阀，压力表为0.25-0.4MPa；顺时针调节仪器面板右下角“稳压”阀，仪器压力表指示值为0.1±0.01MPa，逆时针调节右边压力表上方的“流量”旋钮，流量计指示值为10L±0.5L/min，此时数字显示氧浓度值应符合已知氧浓度值，否则应调节“满度”，之后逆时针关闭“稳压”阀。5.2.2.2调零：“调零”旋钮一般情况下无需调节，如不小心已调节该旋钮，按5.2.2.1条重新校正。开启氮气钢瓶总阀并调节减压阀，压力为0.25-0.4MPa。顺时针调节仪器面板左下角“稳压”阀，仪器压力表指示值为0.1±0.01MPa，逆时针调节左边压力表上方的“流量”旋钮，流量计指示值为10L±0.5L/min，假如氮气纯度为99.999%，此时数字显示氧浓度值为00.0，否则说明氮气纯度不够，其中含有氧气，但不影响实验结果，逆时针关闭“稳压”阀。5.2.2.3洗涤燃烧筒重新打开氮气、氧气“稳压”阀，仪器压力表指示为0.1±0.01MPa，并同时调节流量，使氮气、氧气混合流量为10L±0.5L/min（球形浮子看最大直径处），从数显窗口读取的数值，为此时的混合气体氧浓度值。若提高氧浓度则增大氧流量，减少氮流量，否则反之。并始终保持压力0.1MPa和总流量10L/min不变。使混合气中的氧浓度为5.1中所确定的氧浓度，洗涤燃烧筒至少30秒。5.2.3点燃试样5.2.3.1方法A顶端点燃法使火焰的最低可见部分接触试样顶端并覆整个表面，勿使火焰碰到试样的棱边和侧表面。在确认试样顶端全部着火后，立即移去点火器，开始记时或观察试样烧掉的长度。点燃试样时，火焰作用的时间最长为30S，若30S内不能点燃，则应增大氧浓度，继续点燃，直至30S内点燃为止。5.2.3.2法B扩散点燃法充分降低和移动点火器，使火焰可见部分施加于试样顶表面，同时施加于垂直侧表面约6mm长。点燃试样时，火焰作用时间最长为30S，每隔5S左右稍移开点火器观察试样，直至垂直侧面稳定燃烧或可见燃烧部分的前锋到达上标线处，立即移去点火器，开始计时或观察试样燃烧长度。若30S内不能点燃，则增大氧浓度，再次点燃，直至30S内点燃为止。方法B也适用于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，标线应划在距点燃端10mm和60mm处。注：①点燃试样是指引起试样有焰燃烧，不同点燃方法的实验结果不可比。②燃烧部分包括任何沿试样表面淌下的燃烧物。5.3燃烧行为的评价5.3.1评价准则燃烧行为的评价准则，见表2所示。表2燃烧行为评价准则试样型式点燃方式评价准则（or）燃烧时间，s燃烧长度Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、ⅣA法180燃烧前锋超过标线B法燃烧前锋超过下标线ⅤB法5.3.2“O”与“×”反应的确定点燃试样后，立即开始记时，观察试样燃烧长度及燃烧行为。若燃烧中止，但在1s内又自发再燃，则继续观察和计时。氧指数实验指导书沈阳航空工业学院安全工程学院消防教研室4如果试样的燃烧时间或燃烧长度均不超过评价准则，则这次实验记录为“O”反应，并记下燃烧长度或时间。如果二者之一超过表面2的规定，扑灭火焰，记录这次实验为“×”反应。同时记录材料燃烧特性，例如：熔滴、烟灰、结炭、灼烧等现象。如果有无焰燃烧，报告无焰燃烧情况或包括无焰燃烧时的氧指数。5.3.3准备下次实验取出试样，擦净燃烧筒和点火器表面的污物，使燃烧筒的温度回复至常温或换一个为常温的燃烧筒，进行下一个实验。5.4逐次选择氧浓度以某一步长作为改变量，按5.2~5.4条，进行一组试样的实验。a.如果前一条试样的燃烧行为是“×”反应，则降低氧浓度。b.如果前一条试样的燃烧行为是“O”反应，则增大氧浓度。5.5初始氧浓度的确定采用任一合适的步长，重复5.2~5.4，直到以体积百分数表示的两次氧浓度之差不大于1%，并且一次是“O”反应，一次是“×”反应为止，这两次实验之间可以间隔其它实验，将这两次实验中的“O”反应的氧浓度记为初始氧浓度ψ0。实验数据记录表格及实例见附录。5.6NT系列数据的测定5.6.1用初始氧浓度ψ0重复5.2~5.3的操作，记录所对应的“O”反应或“×”反应，即为NL系列的第一个值。5.6.2用混合气浓度的0.2%（V/V）为步长，重复5.2~5.4操作，测得一组氧浓度的值及对应的反应。直至得到不同于5.6.1结果的反应为止，并记录实验现象。5.6.1、5.6.2测得的结果，即为NL系列。5.6.3仍以0.2%（V/V）为步长，重复重复5.2~5.4操作，再测四个试样，记下各次的氧浓度及所对应的反应，最后一个试样样的氧浓度，用ψF表示。5.6.1~5.6.3测得的结果，组成NT系列。6.结果的计算6.1氧指数的计算以体积百分数表示的氧指数，按式（1）计算：OI=ψF+Kd(1)式中：OI——氧指数，%；ψF——NT系列最后一个氧浓度，取一位小数，%；d——5.6中的步长，取一位小数；K——查表3所得的系数。报告OI时，取一位小数，不能修约，为了计算6.3的标准偏差，OI应计算到二位小数。6.2K值的确定a.按5.6.1条实验的试样如为“O”反应，则第一个相反的反应是“×”反应，从表3第一列中找出ψF系列所对应的反应，查出所对应的行；再按NL系列的前几个反应（表3中a栏），查出所对应的列。行与列的交叉点即为所需K值，其符号下表中符号相同。b.按5.6.1条实验的试样如为“×”反应，则第一个相反的反应是“O”反应，从表3第六列中找出ψF系列所对应的反应，查出所对应的行；再按NL系列的前几个反应（表3中b栏），查出所对应的列。行与列的交叉点即为所需K值，其符号按表中符号取反。6.3步长d值的校验步长d应满足(2)或，否则应适当增大或减小，并重新按5.6进行实验。2332d（2）氧指数实验指导书沈阳航空工业学院安全工程学院消防教研室5式中：d——6.1中所用的步长，%；——标准偏差。2121nOIi（3）式中：ψi——NT系列中最后六个试样所对应的氧浓度值，%；n——氧浓度测定次数。氧指数实验指导书沈阳航空工业学院安全工程学院消防教研室6附录实验结果记录第一部分初始氧浓度的测定结果，记于表B1：氧指数实验指导书沈阳航空工业学院安全工程学院消防教研室7氧指数实验指导书沈阳航空工业学院安全工程学院消防教研室8