氧指數(shù)測(cè)定儀評(píng)估聚氨酯阻燃性的影響因素

聚氨酯是聚氨基甲酸酯的簡(jiǎn)稱，是建筑業(yè)、工業(yè)設(shè)備廣泛應(yīng)用的絕熱材料及汽車、造船、包裝等工業(yè)的重要材料。但由于聚氨酯泡沫本身結(jié)構(gòu)特殊，極易燃燒，其氧指數(shù)只有17%左右，燃燒時(shí)釋放出大量的煙和毒氣，容易發(fā)生滴落現(xiàn)象，它的易燃問題一直是聚氨酯工業(yè)研究的重要課題。世界各國(guó)制定出各種測(cè)試聚氨酯的阻燃標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)，并逐步完善測(cè)試方法，生產(chǎn)了各種測(cè)試儀器設(shè)備。標(biāo)準(zhǔn)集團(tuán)（香港）有限公司研發(fā)工程師指出，氧指數(shù)是判定阻燃性能的標(biāo)志之一，在氧指數(shù)測(cè)試中，會(huì)受到環(huán)境條件、操作人員、制樣差異等因素的影響，為了更準(zhǔn)確測(cè)定材料氧指數(shù)值，標(biāo)準(zhǔn)集團(tuán)工程師針對(duì)氧指數(shù)測(cè)定儀測(cè)試試驗(yàn)過程中各種對(duì)氧指數(shù)的影響因素進(jìn)行了探討。

實(shí)驗(yàn)原理：
極限氧指數(shù)(LOI)簡(jiǎn)稱氧指數(shù)，是判定阻燃性能的標(biāo)志之一，它是指在規(guī)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?jǐn)?shù)表示。
氧指數(shù)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(nèi)，其中有按一定比例混合的向上流動(dòng)的氧氮?dú)饬鳌｜c(diǎn)燃試樣的上端，觀察隨后的燃燒現(xiàn)象，記錄持續(xù)燃燒時(shí)間或燃燒過的距離，并與規(guī)定值比較，超過規(guī)定值就降低氧濃度，不足就增加氧濃度，如此反復(fù)操作，從上下兩側(cè)逐漸接近規(guī)定值，至兩者的濃度差小于0.5%。
氧指數(shù)的影響因素分析：
1.狀態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)間的影響
根據(jù)GB/T2918-1988的要求，通過對(duì)試驗(yàn)材料進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)，以盡量減小環(huán)境偶然因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。因此選用已制備的TDCPP阻燃聚氨酯泡沫試樣進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)，調(diào)節(jié)恒溫箱的溫濕度在國(guó)標(biāo)要求的某一特定值(溫度：23℃；相對(duì)濕度：50%；氣壓：86～106kPa)。
通過測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，隨著試樣調(diào)節(jié)時(shí)間的增加，試驗(yàn)所得氧指數(shù)的平均值不斷降低，當(dāng)調(diào)節(jié)時(shí)間滿足一定時(shí)*，氧指數(shù)保持穩(wěn)定狀態(tài)。不同調(diào)節(jié)時(shí)間下樣品的檢驗(yàn)結(jié)果不同。因此，應(yīng)將試樣按標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)格進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)，然后進(jìn)行測(cè)試，以便在標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)間下得到準(zhǔn)確的氧指數(shù)值。
2.試樣點(diǎn)燃方法的影響
根據(jù)GB/T2406-93，對(duì)TDCPP阻燃聚氨酯泡沫試樣選用兩種點(diǎn)燃方法進(jìn)行氧指數(shù)測(cè)試，點(diǎn)火時(shí)間均為15s。
頂端點(diǎn)燃法：
使火焰可見部分接觸試樣頂端，并覆蓋整個(gè)頂表面，勿使火焰碰到試樣的棱邊和側(cè)表面。
擴(kuò)散點(diǎn)燃法：
充分降低和移動(dòng)點(diǎn)火器，使火焰的可見部分同時(shí)施加于試樣頂表面及垂直側(cè)表面約6mm長(zhǎng)。
標(biāo)準(zhǔn)集團(tuán)（香港）有限公司工程師從實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，同樣材料相同條件下進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定，不同點(diǎn)燃方式對(duì)氧指數(shù)的測(cè)定數(shù)據(jù)幾乎沒有影響或者影響不大，不足以改變對(duì)樣品氧指數(shù)結(jié)果的評(píng)定。無論是哪種點(diǎn)燃方式，何時(shí)撤走點(diǎn)火源并開始計(jì)時(shí)是要通過肉眼對(duì)試樣點(diǎn)燃情況的直觀判斷，存在著一定的誤差，并可能導(dǎo)致對(duì)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)造成影響，只有增加試驗(yàn)次數(shù)才能盡量減小誤差。在實(shí)際操作中，點(diǎn)燃試樣時(shí)采用頂端點(diǎn)燃法比較省力。
3.試樣長(zhǎng)度的影響
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中受檢產(chǎn)品的試樣長(zhǎng)度為70～150mm，目的是為了與試驗(yàn)儀器玻璃圓筒的長(zhǎng)度保持一致，使玻璃圓筒內(nèi)的小環(huán)境混合氣體中氧濃度均勻恒定。
可以看出，試樣長(zhǎng)度對(duì)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響還是很大的，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍內(nèi)，隨著試樣長(zhǎng)度的增加測(cè)定的氧指數(shù)值不斷增加。當(dāng)試樣長(zhǎng)度較短時(shí)，受檢試樣的燃燒區(qū)域上方距圓筒頂部還有相當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)集團(tuán)（香港）有限公司工程師指出，隨著試樣長(zhǎng)度的增加，受檢試樣的燃燒區(qū)域與圓筒頂部的距離變短，火焰燃燒所需氧氣的流動(dòng)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(jié)果就使得測(cè)得的氧濃度數(shù)值逐漸增大。由此，應(yīng)將受檢樣品的長(zhǎng)度規(guī)定為一特定值而非一范圍值，以減小室內(nèi)環(huán)境空氣流動(dòng)對(duì)儀器圓筒內(nèi)燃燒狀況的影響程度。