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極限氧指數

氧氣能夠支持聚合物燃燒的最小濃度

極限氧指數(英語:Limiting oxygen indexLOI),或極限氧濃度[1]LOI值;亦有稱最小氧濃度[2](英語:Limiting Oxygen ConcentrationLOC),是能夠支持聚合物燃燒氧氣的最小濃度,其以氧氣的體積百分比表示[3]。其數值是通過在燃燒中的試樣所處的空間中,調整氧氣和氮氣的混合物比例,並不斷降低氧氣水平直至達到臨界水平來測量[4][5]用於表徵用小蠟燭狀擴散火焰點燃的材料的可燃性趨勢。

不同塑料的極限氧指數值是通過標準化測試確定的;例如,ISO 4589和ASTM D2863[6][3]。極限氧指數大於大氣中的氧氣濃度,是阻燃材料的標準之一[4]。而指數大於大氣中氧氣濃度(21%)的材料,亦可稱為阻燃材料[7];但通常為保證安全,會使用27%作為標準[8]

極限氧濃度還取決於樣品的周圍溫度。隨著周圍溫度的升高,燃燒所需的氧氣百分比會逐漸降低。在環境溫度和高溫下測試塑料和電纜材料的極限氧濃度[1],可以了解在實際火災條件下的氧氣需求,以及蠟燭狀擴散火焰點燃的材料的可燃性趨勢[9]

極限氧指數隨著壓力、溫度,以及加入的惰性(可燃性及助燃性)氣體的種類所影響[2]

計算方法编辑

其計算方法爲「爆炸下限乘以氧氣摩爾數」。用算式表達爲[2]

極限氧指數(%)  爆炸下限(%) 氧氣摩爾數(mol)

亦可以表示為[10]

 

意義编辑

材料LOI值超過21%,說明該材料具有耐燃性能,其LOI值越高表示其耐燃性能越好[11]。極限氧指數表示物質燃燒的難易程度,其值愈高表示愈難燃。而極限氧指數達27%以上,則表示難燃。[8]

測試编辑

方法编辑

在ISO 4589或ASTM D 2863-70的標準條件下進行的極限氧指數測試,需要將尺寸為80×10×4mm的樣品垂直放置在玻璃煙櫥的中心位置[9]。測試包括在含有不同氧濃度的環境中對樣品進行火焰點火,而後找到樣品燭式火焰燃燒的極限氧濃度[3],以及小蠟燭狀擴散火焰點燃的材料的可燃性趨勢[9]

意義编辑

聚合物材料的LOI值越高,其火焰提供的熱通量越低,並且耐燃性越高。LOI測試易於實施,並有較高的重複性。但是,由於測試通常在室溫下進行,所以不能再現真實火災的環境。因此,測試主要用於比較聚合物復合材料的相對可燃性及等級。[3][10]

材料的極限氧指數编辑

各類氣體或蒸氣编辑

測試氣體或蒸氣 氣體或蒸氣

的結構簡式

加入氮氣 

的極限氧濃度

加入二氧化碳 

的極限氧濃度

氫氣   5 5.2
甲烷   12 14.5
乙烷   11 13.5
丙烷   11.5 14.5
正丁烷   12 14.5
異丁烷   12 15

聚合物或複合物料编辑

測試物質 加入氮氣( 

的極限氧濃度

PMMA

(俗稱有機玻璃)

17.3
聚乙烯 17.4
聚丙烯 17.4
聚苯乙烯 17.8
膠合板 23.0
尼龍66 24-29
聚碳酸酯 25-44
滌綸(GRP) 21-43
酚醛 26-64
PVC(未增塑) 45-49
PTFE 95

其他條目编辑

參考文獻编辑

  1. ^ 1.0 1.1 丁寶明. 淺談低煙無毒電纜 (PDF). 捷運技術半年刊: 95. [2019-01-11]. (原始内容存档 (PDF)于2019-01-11). 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 盧守謙; 陳永隆. 防火防爆. 五南圖書出版股份有限公司. 2017-02-16 [2019-01-20]. ISBN 9789571190402. (原始内容存档于2019-01-20) (中文). 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 Oxygen Index - an overview - ScienceDirect Topics. www.sciencedirect.com. [2019-01-22]. 
  4. ^ 4.0 4.1 中国纺织总会标准化研究所. 纺织品燃烧性能试验氧指数法. 1985 [2019-01-11]. 3·4 极限氧指数:在规定的试验条件下,氧氮混合物中材料刚好保持燃烧状态所需要的最低氧浓度。 
  5. ^ Principles of Engineering Organization, 2nd edition. 1994-02-09. doi:10.1680/poeo2e.16569. 
  6. ^ Test Method for Measuring the Minimum Oxygen Concentration to Support Candle-Like Combustion of Plastics (Oxygen Index). ASTM International. 
  7. ^ Fire-retardant materials. www.ias.ac.in. [2019-01-11]. (原始内容存档于2019-01-11). 
  8. ^ 8.0 8.1 標準檢驗局. 第六組常見的問題與回答. 標準檢驗局. 2011-05-13 [2019-01-22]. 
  9. ^ 9.0 9.1 9.2 Zhang, Junhua; Delichatsios, M. M.; M, Suzanne. Prediction of the Limiting Oxygen Index Using Simple Flame Extinction Theory and Material Properties Obtained from Bench Scale Measurements. Fire Safety Science. 2011, 10: 375–387 (英语). 
  10. ^ 10.0 10.1 University of Central Lancashire. OXYGEN INDEX (PDF). BS 2782:141 & ISO 4589-2. 
  11. ^ 張銘坤&林佳穎&林學昌. 乙烯醋酸乙烯酯/蒙脫土奈米複合材料熱穩定性及耐燃性質之研究 (PDF). 燃燒季刊. [2019-01-11]. (原始内容存档 (PDF)于2019-01-11).