影响氧指数测定准确性的因素和解决办法

【摘要】随着我国城市化的高速发展，我国的大城市群，如长江中游城市群、哈长城市群、成渝城市群、长江三角洲城市群等在国家经济生活中扮演着重要的角色。城市化带来的现代化高层建筑使得都市生活变得越来越拥挤，同时发生火灾的风险也越来越大。随着全社会对消防安全的关注，阻燃材料利用其自身不易燃烧的特性被越来越多的应用在建筑材料中。氧指数试验是分析建筑材料阻燃性能的一项关键数据，通过对阻燃材料氧指数测定影响因素的研究可对降低氧指数试验结果的误差和阻燃材料的燃烧性能提升起到一定的作用。

【关键词】氧指数；环境因素；设备因素；试件制备；燃烧性能

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.04.042

【基金项目】辽宁省市场监督管理局科技计划项目《高温氧指數测定在保温材料阻燃性能研究中的应用》（2022ZC011）。

Factors Affecting the Accuracy of Oxygen Index Determination and Solutions

JIN Fu

（Liaoning Inspection， Examination & Certification Centre， Shenyang 110036， China）

Abstract： With the rapid development of urbanization，major urban agglomerations such as the middle reaches of the Yangtze River， Harbin-Changchun， Chengdu-Chongqing and Yangtze River Delta agglomerations play important roles in the economic life of our country. Modern high-rise buildings brought about by urbanization have made urban life increasingly crowded and the risk of fire is also increasing. With the attention of the whole society to fire safety， flame-retardant materials are increasingly used in building materials by virtue of their non-combustible characteristics. Oxygen index test is a key data to analyze the flame retardancy of building materials. The research on the influencing factors of oxygen index measurement of flame retardant materials can reduce the error of oxygen index test results and improve the combustion performance of flame retardant materials.

Key words： oxygen index； environmental factor； equipment factor； test material preparation； combustion performance

氧指数测定试验是判定塑料制品特别是建筑材料阻燃性能的重要指标，该种试验方法能够真实有效的反映出材料的阻燃性能，并根据材料的阻燃性能分析其使用场景。氧指数测定试验的原理是在理想的氧浓度环境下，引燃试件并根据试件的燃烧长度以及燃烧时间两项指标判断其燃烧特性。举例说明如果试件在较高的氧浓度环境下仍然不满足燃烧条件，代表试件具有较好的阻燃性能。相反如果试件在较低的氧浓度环境仍然符合燃烧条件，代表试件的阻燃性能较差易于燃烧。氧指数测定试验作为一种依靠特定环境下氧浓度来对试件进行判定的试验同时易受到诸如环境因素、设备因素、操作因素等的影响，产生误差进而影响材料燃烧性能分级的判定。氧指数测定仪如图1所示。

1状态调节对试验数据的影响

国家标准GB/T 2406.2—2009《塑料用氧指数法测定燃烧行为第2部分：室温试验》对样品的状态调节进行了规定，标准要求样品需要在温度为23～25℃，湿度为45%～55%的环境下进行状态调节并且状态调节时间不应小于88小时。在满足以上状态调节条件下方可开展试验。可能要问氧指数测定试验为什么要进行状态调节。

试验前进行状态调节的原因很多，归根结底是为了实现待测样品与状态调节温度和状态调节湿度以及样品含水量的平衡。阻燃材料特别是塑料制品在生产过程中由于可能加入的阻燃剂以及其他化学材料的原因导致在出厂状态下材料的燃烧性能极不稳定，需要一定的时间来调节材料自身的平衡。同时材料在出厂状态以及进行阻燃处理等措施常常导致材料试样中的含水量较高。易于对燃烧性能数据产生较为明显的影响。保持试样在试验过程中较为稳定的含水率可以有效地降低试验误差，提高试验结果的准确性。一般认为在一定时间内材料达到恒重状态，即表明材料达到了平衡。为了验证以上的分析，根据不同的状态调节时间对同一组样品在相同试验条件下分别进行氧指数测定试验。测定结果如表1所示。

通过以上数据表明，样品氧指数测定结果先下降，并随着状态调节时间的变化又趋于稳定。因此在试验开始前对样品进行状态调节是十分必要的，通过样品状态调节时间的增加，测定数据趋于稳定。可以有效地降低环境因素对阻燃材料氧指数测定结果的影响[1]。

2试验具体操作对氧指数结果的影响

氧指数测定试验流程分为样品制备、混合气体调节以及样品燃烧现象分析三个主要环节。为了提高试验的准确性避免误差的产生。首先在开展氧指数试验之前应按照标准要求和设备说明书制定相应的试验操作规程，因为在试验过程中的小细节往往就会对试验结果带来一定的影响。但这些影响试验数据准确性的小细节往往都被试验操作人员忽略了。通过长时间的检验工作的积累以及参加多次氧指数项目实验室比对的经验对可能影响实验数据的操作细节进行详细的分析。

1）氧浓度的测量是氧指数测定仪设计中的核心环节，国内、外设备研制厂商均使用氧浓度传感器用于氧指数测定设备的氧浓度测量。本文以产地为英国的AO2氧浓度传感器为例对该类传感器进行介绍。该类传感器的工作模式属于电化学式的传感器。是将化学元素与氧气反应产生的化学信号转换成电子信号来对氧浓度进行定量。由于其独特的工作模式全新的氧浓度传感器会封存在氮气密封包装中，避免与空气接触。氧浓度传感器的每一次测量工作都会消耗一定量的化学物质，所以在长时间使用时化学元素会随着与空气的反应而逐步减少。当氧浓度传感器损耗到一定量时将会影响测量的准确性。因此在长时间使用后需要对氧浓度传感器进行更换。同时在每次实验结束后应单独开启氮气对试验设备管路进行吹扫，目的是将管道内的氧气排空降低对氧浓度传感器带来的损耗，延长设备器件的使用时间。AO2氧浓度传感器如图2所示。

3样品制备对氧指数结果的影响

GB/T 2406.2—2009国标中对样品试样的制备有明确的规定，其中试验样品的长度不应小于80 mm并不应大于150 mm。国家标准中对样品长度的要求是一个区间的范围而没有具体要求。忽视这个细节将对具体试验操作带来一定的影响。

首先氧指数测定试验装置的燃烧筒由上方敞开的圆柱形耐火玻璃构成。上方的开口直接与空气接触，在注入混合气体时上方的开口有可能混入一定比例的空气。空气的混入将导致燃烧筒上方的氧气浓度与设定的目标氧浓度产生一定的误差。具体表现为燃烧筒上方的实际氧浓度要低于燃烧筒中部和下部氧浓度。所以当试验试件制备较长时，试件顶端接触的气体浓度实际比目标氧浓度更低。这也就解释了为什么当样品顶端被点燃时的燃烧现象不如试件中后段的燃烧现象更为明显、剧烈。如果在实际检验过程中错误地将这种燃烧不充分现象归纳为氧浓度过低，将会导致氧指数测定结果偏高产生误差。为了避免该类试件制备环节对氧指数测定结果的影响，在日常操作过程中应将试件制备为统一长度，并且试件的长度应适中不宜过长。以保证试件周围的氧气稳定、均匀、准确。氧指数测定仪燃烧筒示意图如图3所示。

4试验环境对氧指数结果的影响

GB/T 2406.2—2009中对试验环境有着明确的要求即环境温度应达到（23±2）℃，环境湿度应达到（55±3）%。当环境温度升高时会对材料的自身分子结构带来影响，进而影响氧指数测定结果。通过查阅相关论文和模拟试验得知，氧指数测定结果与环境温度成反比即在高温环境下样品更容易被点燃，环境温度上升氧指数数据下降相反环境温度下降氧指数数据上升。

湿度与氧指数测定结果之间成正比关系，同理环境湿度上升氧指数数据随之上升相反环境湿度下降氧指数数据随之下降。本文通过两组比对试验佐证以上论点。选取同一样品分别在不同环境温度和环境湿度条件下开展对比氧指数测定试验，试验结果如表2、表3所示。

通过以上数据可知，环境温度和环境湿度是造成试验结果误差的因素之一，在试验过程中应该引起重视。特别是样品的氧指数测定结果处于合格线临界值时。如果不注意这些试验细节将会影响到材料的判定结果。

5结论

氧指数测定作为判定阻燃材料燃烧性能最主要、最直观的检验依据。通过分析在特定氧浓度环境下材料的燃烧现象，对材料的阻燃性能进行判定分级。通过对大量的实验数据的总结以及参加氧指数试验能力比对项目分析可知：如状态调节、设备操作因素、样品制备因素、试验环境等均会对试验数据带来一定的影响。通过本文的分析和研究希望对降低误差的发生，提高检测数据的准确性带来一定的帮助。

【参考文献】

[1]崔飞，罗静，高仲亮，等.阻燃PVC电工套管氧指数测定中的影响因素分析[J].林业劳动安全，2009，22（2）：31-35.

[2]塑料用氧指数法测定燃烧行为第2部分：室温试验：GB/T 2406.2—2009[S].

[3]龚嘉伟，陈宏业，何家威.燃烧筒温度对塑料氧指数的影响[J].建材发展导向（上），2021，19（1）：5-6.

【作者简介】

金富，男，1983年出生，高級工程师，学士，研究方向为建筑材料及消防器材检测。

（编辑：李钰双）