PP材料的氧指数测定
材料的氧指数测定
1.明确氧指数的定义及其⽤于评价材料相对燃烧性的原理； 2.了解HC-2型氧指数测定仪的结构和⼯作原理；
3.掌握运⽤HC-2型氧指数测定仪测定常见材料氧指数的基本⽅法；
4.评价常见材料的燃烧性能。
⼆.实验内容
测量PP板材的燃烧氧指数，对应不同氧⽓浓度、氮⽓浓度下，测量材料的燃烧时间（或燃烧长度），最后总结燃烧结果。 三.实验仪器
HC-2型氧指数测定仪，秒表。氧指数测定仪由燃烧筒、试样夹、流量控制系统及点⽕器组成（⽰意图见下）。 1—点⽕器；2—玻璃燃烧筒；3—燃烧着的试样；4
—试样夹；5—燃烧筒⽀架；6—⾦属⽹；7—测温装
置；8—装有玻璃珠的⽀座；9—基座架；10—⽓体预
混合结点；11—截⽌阀；12—接头；13—压⼒表；14
—精密压⼒控制器；15—过滤器；16—针阀；17—⽓
体流量计。
图1 氧指数测定仪⽰意图
燃烧筒为⼀耐热玻璃管，⾼450mm，内径75～80mm，筒的下端插在基座上，基座内填充直径为3～5mm的玻璃珠，填充⾼度100mm，玻璃珠上放置⼀⾦属⽹，⽤于遮挡燃烧滴落物。试样夹为⾦属弹簧⽚，对于薄膜材料，应使⽤140 mm×38mm的U型试样夹。流量控制系统由压⼒表、稳压阀、调节阀、转⼦流量计及管路组成。流量计最⼩刻度为0.1l/min。点⽕器是⼀内径为1～3mm的喷嘴，⽕焰长度可调，试验时⽕焰长度为10mm。
四.试样
1.材料：PP⽚材
2.试样尺⼨：每个试样长宽⾼等于（120mm）×（10±0.5mm）×（4±0.5mm）
3.试样数量：每组应制备10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，如：⽓泡、裂纹、飞边、⽑刺等。
5.试样的标线：距离点燃端50mm处划⼀条刻线。
五.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（Oxygen index），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，OI<22的属易燃材料,22≤OI<27的属可燃材料,OI≥27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。
六.实验步骤
1.检查⽓路，确定各部分连接⽆误，⽆漏⽓现象。
2.确定实验开始时的氧浓度：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。如试样在空⽓中迅速燃烧，则开始实验时的氧浓度为18%左右；如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马上熄灭，则⾄少为25%。氧浓度确定后，在混合⽓体的总流量为10l/min的条件下，便可确定氧⽓、氮⽓的流量。例如，若氧浓度为25%，则氧⽓、氮⽓的流量分别为2.5l/min和7.5l/min。
3.安装试样：将试样夹在夹具上，垂直地安装在燃烧筒的中⼼位置上（注意要划50mm标线），保证试
样顶端低于燃烧筒顶端⾄少100mm，罩上燃烧筒（注意燃烧筒要轻拿轻放）。
4.通⽓并调节流量：开启氧、氮⽓钢瓶阀门，调节减压阀压⼒为0.2～0.3MPa，然后开启氮⽓和氧⽓管道阀门(绿⾊瓶为为氧⽓，⿊⾊瓶为氮⽓，应注意：先开氮⽓，后开氧⽓，且阀门不宜开得过⼤)，然后调节稳压阀，仪器压⼒表指⽰压⼒为
0.1±0.01MPa，并保持该压⼒（禁⽌使⽤过⾼⽓压）。调节流量调节阀，通过转⼦流量计读取数据（应读取浮⼦上沿所对应的刻度），得到稳定流速的氧、氮⽓流。检查仪器压⼒表指针是否在0.1Mpa，否则应调节到规定压⼒，O2+N2压⼒表不⼤于0.03Mpa或不显⽰压⼒为正常，若不正常，应检查燃烧柱内是否有结炭、⽓路堵塞现象；若有此现象应及时排除使其恢复到符合要求为⽌。应注意：在调节氧⽓、氮⽓浓度后，必须⽤调节好流量的氧氮混合⽓流冲洗燃烧筒⾄少30s（排出燃烧筒内的空⽓）。
5.点燃试样：⽤点⽕器从试样的顶部中间点燃（点⽕器⽕焰长度为1-2cm），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，开始计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，若在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。
6.确定临界氧浓度的⼤致范围：点燃试样后，⽴即开始记时，观察试样的燃烧长度及燃烧⾏为。若燃
烧终⽌，但在1s内⼜⾃发再燃，则继续观察和记时。如果试样的燃烧时间超过3min，或燃烧长度超过50mm （满⾜其中之⼀），说明氧的浓度太⾼，必须降低，此时记录实验现象记“×”，如试样燃烧在3min和50mm 之前熄灭，说明氧的浓度太低，需要提⾼氧浓度，此时记录实验现象记“Ο”。如此在氧的体积百分浓度的整数位上寻这样相邻的四个点，要求这四个点处的燃烧现象为“ΟΟ××”。若氧浓度为26%时，烧过50mm 的刻度线，则氧过量，记为“×”，下⼀步调低氧浓度，在25%做第⼆次，判断是否为氧过量，直到到相邻的四个点为氧不⾜、氧不⾜、氧过量、氧过量，此范围即为所确定的临界氧浓度的⼤致范围。
7.在上述测试范围内，缩⼩步长，从低到⾼，氧浓度每升⾼0.4%重复⼀次以上测试，观察现象，并记
录。
8.根据上述测试结果确定氧指数OI。
七. 实验结果及处理
1.实验数据记录
说明：第⼆、三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）。第四、五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。第六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。
氧气过滤器⼋.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。
九.预习和思考题
1.什么叫氧指数值？如何⽤氧指数值评价材料的燃烧性能？
2. HC-2型氧指数测定仪适⽤于哪些材料性能的测定？如何提⾼实验数据的测试精度？
⼗.实验报告
1.写出实验⽬的、内容、步骤
2.记录实验数据并进⾏处理
3.材料性能评价：根据氧指数值评价材料的燃烧性能。
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