氧指數測定儀評估聚氨酯阻燃性的影響因素

聚氨酯是聚氨基甲酸酯的簡稱，是建筑業、工業設備廣泛應用的絕熱材料及汽車、造船、包裝等工業的重要材料。但由于聚氨酯泡沫本身結構特殊，極易燃燒，其氧指數只有17%左右，燃燒時釋放出大量的煙和毒氣，容易發生滴落現象，它的易燃問題一直是聚氨酯工業研究的重要課題。世界各國制定出各種測試聚氨酯的阻燃標準、法規，并逐步完善測試方法，生產了各種測試儀器設備。標準集團（香港）有限公司研發工程師指出，氧指數是判定阻燃性能的標志之一，在氧指數測試中，會受到環境條件、操作人員、制樣差異等因素的影響，為了更準確測定材料氧指數值，標準集團工程師針對氧指數測定儀測試試驗過程中各種對氧指數的影響因素進行了探討。

實驗原理：
極限氧指數(LOI)簡稱氧指數，是判定阻燃性能的標志之一，它是指在規定的條件下，試樣在氧、氮混合氣流中維持平衡燃燒所需的氧濃度，以氧氣所占的體積百分數表示。
氧指數法原理就是把一定尺寸的試樣用試樣夾垂直加持于透明燃燒筒內，其中有按一定比例混合的向上流動的氧氮氣流。點燃試樣的上端，觀察隨后的燃燒現象，記錄持續燃燒時間或燃燒過的距離，并與規定值比較，超過規定值就降低氧濃度，不足就增加氧濃度，如此反復操作，從上下兩側逐漸接近規定值，至兩者的濃度差小于0.5%。
氧指數的影響因素分析：
1.狀態調節時間的影響
根據GB/T2918-1988的要求，通過對試驗材料進行狀態調節，以盡量減小環境偶然因素對試驗結果的影響。因此選用已制備的TDCPP阻燃聚氨酯泡沫試樣進行比對試驗，調節恒溫箱的溫濕度在國標要求的某一特定值(溫度：23℃；相對濕度：50%；氣壓：86～106kPa)。
通過測試數據可以看出，隨著試樣調節時間的增加，試驗所得氧指數的平均值不斷降低，當調節時間滿足一定時*，氧指數保持穩定狀態。不同調節時間下樣品的檢驗結果不同。因此，應將試樣按標準要求嚴格進行狀態調節，然后進行測試，以便在標準的狀態調節時間下得到準確的氧指數值。
2.試樣點燃方法的影響
根據GB/T2406-93，對TDCPP阻燃聚氨酯泡沫試樣選用兩種點燃方法進行氧指數測試，點火時間均為15s。
頂端點燃法：
使火焰可見部分接觸試樣頂端，并覆蓋整個頂表面，勿使火焰碰到試樣的棱邊和側表面。
擴散點燃法：
充分降低和移動點火器，使火焰的可見部分同時施加于試樣頂表面及垂直側表面約6mm長。
標準集團（香港）有限公司工程師從實驗結果發現，同樣材料相同條件下進行試驗測定，不同點燃方式對氧指數的測定數據幾乎沒有影響或者影響不大，不足以改變對樣品氧指數結果的評定。無論是哪種點燃方式，何時撤走點火源并開始計時是要通過肉眼對試樣點燃情況的直觀判斷，存在著一定的誤差，并可能導致對檢驗數據造成影響，只有增加試驗次數才能盡量減小誤差。在實際操作中，點燃試樣時采用頂端點燃法比較省力。
3.試樣長度的影響
國家標準中受檢產品的試樣長度為70～150mm，目的是為了與試驗儀器玻璃圓筒的長度保持一致，使玻璃圓筒內的小環境混合氣體中氧濃度均勻恒定。
可以看出，試樣長度對檢驗數據的影響還是很大的，在國家標準要求的范圍內，隨著試樣長度的增加測定的氧指數值不斷增加。當試樣長度較短時，受檢試樣的燃燒區域上方距圓筒頂部還有相當大的距離，因此其火焰燃燒所需氧氣*由儀器本身支持，不受圓筒外氣流影響。標準集團（香港）有限公司工程師指出，隨著試樣長度的增加，受檢試樣的燃燒區域與圓筒頂部的距離變短，火焰燃燒所需氧氣的流動受圓筒外氣流的影響程度逐漸加大。為了能夠支持火焰燃燒，儀器本身就必須提供更多的氧氣以滿足火焰燃燒，結果就使得測得的氧濃度數值逐漸增大。由此，應將受檢樣品的長度規定為一特定值而非一范圍值，以減小室內環境空氣流動對儀器圓筒內燃燒狀況的影響程度。