極限氧指數

極限氧指數（英語：Limiting oxygen index；LOI），或極限氧濃度^[1]、LOI值；亦有稱最小氧濃度^[2]（英語：Limiting Oxygen Concentration；LOC），是能夠支持聚合物燃燒的氧氣的最小濃度，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。隨着周圍溫度的升高，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]。

極限氧指數隨着壓力、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

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（%）

\times

氧氣摩爾數（mol）

亦可以表示為^[10]：

n={{100\times O_{2}} \over {O_{2}+N_{2}}}\times \%

意義

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

方法

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

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和復合材料的相對可燃性及等級。^[3]^[10]

材料的極限氧指數

各類氣體或蒸氣

測試氣體或蒸氣	氣體或蒸氣的結構簡式	加入氮氣（ ${\ce {N2}}$ ）的極限氧濃度	加入二氧化碳（ ${\ce {CO2}}$ ）的極限氧濃度
氫氣	${\ce {H2}}$	5	5.2
甲烷	${\ce {CH4}}$	12	14.5
乙烷	${\ce {CH3CH3}}$	11	13.5
丙烷	${\ce {CH3CH2CH3}}$	11.5	14.5
正丁烷	${\ce {CH3CH2CH2CH3}}$	12	14.5
異丁烷	${\ce {CH3CH(CH3)2}}$	12	15

聚合物或複合物料

測試物質	加入氮氣（ ${\ce {N2}}$ ）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
純木材	20.5-24.6

其他條目

參考文獻

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