北广精仪GBT24062-2009塑料与建筑材料氧指数测定仪

  在材料的燃烧性能评价里，氧指数是一项出现频率很高的指标。塑料件、泡沫材料、板材、管材、防水卷材、保温材料、防火门芯板、纺织品，甚至某些复合材料制品，在送检或出厂判定时，都常被要求给出一个氧指数数值。它不像垂直燃烧那样直接记录余焰时间与滴落情况，也不像烟密度那样去量遮光程度，而是把材料能否持续燃烧这件事，换算成一个与气氛组成有关的临界数值。这个数值越低，材料在含氧较少的环境里就越容易维持燃烧；数值越高，说明它需要更富氧的气氛才能烧起来。

  对塑料而言，这一指标的意义在于把配方、填料与阻燃体系的作用量化。同一基体树脂，加不加阻燃剂、加多少、用哪一种体系，往往在氧指数上就能看出差别。对建筑材料而言，它的意义在于给材料的燃烧等级评定提供一个可复现的试验依据，让不同批次、不同厂家的产品能在同一把尺子下比较。也正因为用途广，这台以 GB/T 2406.2-2009 为设计标准的全自动氧指数测定仪，把塑料与建筑材料一并纳入了试样夹的适用范围。

  本文将围绕这台设备，说明氧指数的含义与判定方式、试验原理与标准依据、整机架构、技术指标、氧浓度控制方式、燃烧筒与点火系统、气源与管路、操作流程、影响因素、数据判读、维护保养与应用场景，供选型、使用与检测工作员参考。

  氧指数（Oxygen Index，常缩写为 OI）也叫极限氧指数（Limiting Oxygen Index，缩写 LOI），指的是在规定的试验条件下，试样在氧、氮混合气体中维持平稳燃烧所需的氧气体积百分数下限。它用一个百分数表达，读起来很直观：数值为 26 的材料，意味着气氛中氧气约占 26%、其余为氮气时，试样刚好能被点燃并持续燃烧。

  判定方式是逐点逼近。试验时把试样垂直夹持在燃烧筒的轴心位置，先在某一氧浓度下点燃试样顶端，观察其燃烧过程。如果试样在规定时间内烧过的长度超过规定值，说明该浓度下材料能维持燃烧，需要降低氧浓度再试；如果燃烧长度不足或自动熄灭，说明该浓度不足以维持燃烧，需要提高氧浓度再试。如此上下调整，直到找到恰好使试样达到规定燃烧长度的氧浓度临界点，再按标准规定的换算方法得出结果。

  需要注意几点。其一，氧指数是相对来说还是比较量，不是材料在实际火灾中表现的直接预测值，它描述的是特定小试样、特定气流与特定点火方式下的行为。其二，同一材料若厚度、密度、取向、试样预处理状态不同，结果可能不同，所以判定时必须固定试样尺寸与制备方式。其三，对软质材料与硬质材料，试样夹的固定方式不一样，自撑材料能直接垂直夹持，非自撑材料（如泡沫、纺织品一类柔软件）则要靠框架把两条垂直边同时固定，防止试样在受热后变形下垂。其四，对建筑材料，试验往往要与其它燃烧试验项目配合，氧指数只是其中一项输入，不能单独当作整材燃烧等级的结论。

  氧指数法的原理并不复杂：在竖直的燃烧筒里，让氧、氮混合气体自下而上以规定流速通过，筒内形成稳定而均匀的氧浓度场；把试样垂直置于筒的轴心，用点火器点燃试样顶端，在规定的计时与判长规则下判断其能否维持燃烧。整一个完整的过程的核心变量只有两个——氧浓度与气流流速，其余条件（筒径、试样尺寸、点火方式、计时规则）由标准统一规定。

  本设备的设计标准为 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》。与之配套的还有该系列标准的第 1 部分（导则），它对试验的一般原则、术语与设备要求作了交代。除塑料之外，其他材料领域的氧指数试验各有对应方法，例如纤维增强塑料、纺织品等类别都另有适用的方法标准；建筑材料方面，材料的燃烧性能分级体系也把氧指数作为可参考的试验项目之一，并与其它的燃烧试验方法共同构成评价依据。设备使用者在选择方法时，应结合材料类别与委托要求，确认所依据标准的现行有效版本与具体条款。

  需要说明的是，标准会随技术发展而修订，本文所列标准编号以现行有效版本为准，实际试验时应以现行发布的方法文本为准，不要沿用手边过期版本的尺寸与判定规则。

  其一，气路与流量控制部分。氧、氮两路气体从外部气源接入，经减压与稳压后进入流量控制环节。设备是采用步进比例阀对流量进行调节，相对传统的转子流量计手动调节，比例阀能把流量控制得更细、更稳，也便于与程序联动。

  其二，氧浓度检测部分。设备采用进口氧传感器，实时测量混合气体中的氧浓度并以数字方式显示，无需再用公式反复换算，显示范围覆盖 0 至 100%。

  其三，控制与交互部分。全彩触摸屏承担了参数设定、程序运行、提示报警与数据查看等功能。操作人员在屏上设定目标氧浓度后，程序会自动把浓度调到平衡状态并发声提示。

  其四，燃烧与点火部分。燃烧筒由石英玻璃制成，内径满足标准对筒径的要求，筒内气体流速按标准规定控制；点火系统采用丙烷或丁烷，点火嘴为一根可自由弯曲的金属管，能伸入筒内点燃试样。

  其五，试样夹持部分。设备配置了自撑材料试样夹与非自撑材料试样夹两类，前者把试样固定在燃烧筒轴心并垂直夹持，后者用于把柔软试样的两条垂直边固定在框架上。

  整机的设计思路很清楚：把过去需要人工反复调节的氧浓度环节交给程序，把容易漂移的浓度值用闭环控制拉回目标值，让操作人员从边看边调中解脱出来，把注意力放在试样制备与结果判读上。

  丙烷（丁烷）点火系统，点火嘴为一根金属管制成，尾端有内径Φ2±1mm 的喷嘴，可自由弯曲，能插入燃烧筒内点燃试样，火焰长度：16±4mm，大小 5mm-60mm 可自由调节；

  非自撑材料试样夹：能将试样的两个垂直边同时固定在框架上（选配，应用于纺织品等柔软不可自撑材料）。

  以上数值与量级均按资料原样列出，实际以设备铭牌、出厂测试报告与随机文件为准。

  氧浓度怎么给、给得稳不稳，是氧指数试验里影响结果的一项关键。传统设备多靠操作人员手动开合两路气阀，配合转子流量计读数，一遍遍调整比例，再等读数稳定。这样的一个过程有两个麻烦：一是调节靠手感与经验，同一台设备由不同人操作，浓度落点会有些差别；二是试验过程中浓度一旦漂移，靠手动很难及时拉回。

  这台设备的做法是把这两个环节都交出去。操作人员只需要在触摸屏上设定目标氧浓度值，程序便会自动调节到氧浓度平衡，并用提示音告知已到位，省去了人工反复调节的环节。设备是采用步进比例阀提高流量控制精度，并采用闭环控制：试验当中若氧浓度发生漂移，程序会自动把它调节回目标值。这样一来，试样在燃烧过程中的气氛条件更接近设定值，测试的重复性也相应改善。

  除浓度控制外，触摸屏上还集成了一组便利功能：一键校准精度、一键配比浓度、标准氧浓度输入、氧浓度稳定自动提示报警声、计时功能，以及实验数据的存储、查询与清除。这些功能把试验前后的操作收拢在同一个界面里，减少了在仪表面板与纸质记录之间来回切换的功夫。

  燃烧筒是氧指数试验的反应场。本设备采用石英玻璃筒，内径不小于 75 ㎜，筒内气体流速控制在 40mm±2mm/s。选用石英玻璃的原因主要在于其透明、耐温且不易与燃烧产物反应，便于观察试样燃烧过程与滴落情况。设备可设定燃烧筒直径，两种常用型号规格可选，以适应不一样方法对筒径的要求。

  点火系统采用丙烷（丁烷）点火。点火嘴为一根金属管制成，可自由弯曲并伸入筒内点燃试样顶端，尾端有内径 Φ2±1mm 的喷嘴，火焰长度 16±4mm，火焰大小在 5mm 至 60mm 之间可自由调节。点火位置、火焰大小与点火时间是影响结果的几个操作变量，试验时应按所依据标准的规定执行，不要凭手感随意改动。

  试样夹分两类。自撑材料试样夹能把试样固定在燃烧筒轴心位置，并垂直夹住试样，适用于硬质塑料、板材一类能自己站住的材料。非自撑材料试样夹能把试样的两个垂直边同时固定在框架上，适用于纺织品、泡沫等柔软、受热后容易变形下垂的材料，属选配项。资料明确，试样夹可用于软质和硬质塑料、各类建筑材料、纺织品、防火门等——这也是本设备把塑料与建筑材料一并纳入适合使用的范围的原因。

  设备本身不产生气体，试验所需的气氛来自外部气瓶。资料要求使用工业用氮气与氧气，纯度大于 99%，气源与连接头由用户自备。这里有一处实务提醒：氧指数试验常常要纯度不低于 98%的工业级氧气与氮气各一瓶作为气源，由于这类气体属于高危运输品，无法随设备一同提供，只能在用户当地的正规气站购买。为保证气体纯度与试验稳定，建议在当地正规气站采购，并留意气瓶的检验有效期。

  连接方面，气瓶经减压阀降至设备所需的输入压力范围后再接入。资料给出的输入压力为 0.25-0.3MPa，工作所承受的压力为氮气 0.15-0.20MPa、氧气 0.15-0.20MPa，面板压力表的精度为 2.5 级，分辨率为 0.01MPa。接好后应做气密性检查，确认无泄漏再开始试验。设备还设有气源故障提示、氧气氮气错接提示与氧传感器老化提示，其中错接提示尤其实用——氧、氮两路一旦接反，浓度显示会与设定明显不符，及时报警能避免一整轮无效试验。

  其一，试验准备。接通电源（AC220（+10%）V、50HZ），检查气瓶压力与管路连接，确认氮气、氧气接入正确，打开气源并调至规定输入压力。检查燃烧筒是否清洁、有无残留物。

  其二，开机与预热。开启设备，触摸屏进入主界面，检查氧传感器状态。如设备提示需校准，按一键校准精度功能进行校准。

  其三，设定参数。在触摸屏上输入目标氧浓度、燃烧筒直径等参数。可借助标准氧浓度输入与一键配比浓度功能快速把浓度设置到位。

  其四，装夹试样。按材料类型选择试样夹：自撑材料用自撑试样夹垂直固定于燃烧筒轴心；非自撑材料用非自撑试样夹把两条垂直边固定于框架。试样尺寸与预处理按所依据标准执行。

  其五，调至目标浓度。启动程序，待氧浓度自动调节到平衡状态并发出提示音后，再进行下一步。若中途浓度漂移，设备会自动调回目标值。

  其六，点火与计时。按标准规定的火焰大小与点火方式（火焰长度 16±4mm，大小在 5mm 至 60mm 之间可调）点燃试样顶端，同时启动计时。观察并记录试样的燃烧时间与燃烧长度，必要时选择是否燃烧 50mm 这一判据。

  其七，判定与续试。按标准规定的燃烧长度或时间判据判定本浓度下材料能否维持燃烧，据此提高或降低氧浓度，重复试验直至找到临界点。

  其八，记录结果。使用设备的存储功能保存本次实验数据，随后可查询历史数据；需要时清除已完成记录。

  其九，结束整理。关闭气源与电源，取出试样残件，清理燃烧筒内残留物，填写试验记录。

  注意事项：点火与试验期间不要将手伸入燃烧筒；更换气瓶时先关阀再拆管；出现气源故障、传感器故障等提示时，应排除原因后再继续，不要带故障强行试验。

  一是氧浓度是否稳定。若浓度在试验中漂移，实际气氛与设定值不符，结果会失真。本设备的闭环控制与自动回拉功能正针对这一点。

  二是气体流速。筒内流速影响着燃烧产物被带走的速度与氧气补充的快慢，标准规定 40mm±2mm/s，偏离会改变结果。

  三是燃烧筒内径。筒径不同，筒壁对气流与对流的影响不同，设备可设定燃烧筒直径并有两种常用型号规格可选，就为了对应不同方法的规定。

  四是试样本身。厚度、密度、取向、含水率与预处理状态都会改变结果，试样制备应严格按标准执行，同一组对比试样的制备方式应保持一致。

  五是点火条件。火焰大小、点火位置与点火时间都要按规定控制，火焰过大或点火时间过长，会把能否点燃变成能否被强制点燃。

  六是试样装夹方式。自撑材料与非自撑材料的固定方法不一样，夹持松紧、垂直度与位置偏差都会影响燃烧过程，试样应固定在燃烧筒轴心并保持垂直。

  七是气源纯度与配比。纯度＞99%是资料给出的底线，气源不纯或氧气氮气错接，浓度显示会与实际气氛不符。

  八是环境条件。试验环境要求环境和温度为室温至 40℃、相对湿度不大于 70%，环境温湿度变化会通过试样含水率与气流状态间接影响结果。

  氧指数试验的结果，通常要经历一个逐步逼近的过程才能确定。因此数据的记录不只是一条数值，还包括各次试验所用的氧浓度、燃烧时间、燃烧长度与判据选择等信息。本设备可存储实验数据、查询历史数据，也可清除历史数据，配合计时功能，能够把这一过程完整留痕，方便复核与出具报告。

  判读时要注意口径统一。同一材料在不同实验室之间出现差异，常见原因并非设备精度不够，而是试样制备与判据口径不一致。因此报告中应写明所依据的方法标准、试样尺寸与预处理方式、判据（例如是否以燃烧 50mm 为判定长度）以及试验环境条件。对建筑材料的判定，还应按所属材料类别与评定体系的要求，与其它燃烧试验项目的结果配合使用，不宜把氧指数单独当成整材燃烧等级的结论。

  其一，氧传感器。传感器是浓度测量的核心部件，属于会老化的元件。设备设有氧传感器老化提示，如果出现提示或显示明显漂移，应按随机文件的指引校准或更换，并定期使用一键校准精度功能校准。

  其二，气路与比例阀。长时间使用后，管路内可能积存杂质或水分，气路接头也可能松动。建议按时进行检查管路气密性，按随机文件要求清洁或更换过滤件，保持比例阀工作在洁净气源条件下。

  其三，燃烧筒。石英玻璃筒内壁若积有烟炱或残留物，会影响观察与气流，应在每次试验后清理，操作时避免磕碰与骤冷骤热。

  其四，点火系统。检查点火嘴喷嘴是否堵塞、金属管能否自由弯曲、火焰形状是不是正常，气源压力是否在规定范围。喷嘴内径为 Φ2±1mm，若出现异常应按规定处理，不要用硬物强行疏通。

  其五，试样夹。自撑与非自撑试样夹用后应清除残留物，检查夹持面平整与否、有无变形，以免影响夹持的垂直度与松紧。

  其六，电源与环境。设备电源为 AC220（+10%）V、50HZ，使用功率 150W，应接入稳定电源并保持接地良好；设备宜置于干燥、通风、温湿度符合标准要求的环境中，远离强振动与强腐蚀性气氛。

  其七，长期停用。长期不用时应关闭气源与电源，排空管路余压，罩好防尘，并定期通电检查各功能是否正常。

  一是塑料与改性塑料。用于评价不同树脂、不同阻燃体系与不同添加量对燃烧行为的影响，常用于配方筛选与来料把关。

  二是泡沫与保温材料。这类材料密度低、受热易变形，多需使用非自撑材料试样夹，试验时要注意试样固定方式与预处理。

  三是建筑材料与防火门。资料明确试样夹可用于各类建筑材料与防火门等，常用于板材、型材、门芯材料的燃烧性能评价。

  四是纺织品与软质复合材料。这类材料属非自撑材料，需把两条垂直边同时固定在框架上，属非自撑试样夹的典型应用。

  六是科研与教学。作为燃烧性能测试的基础项目，氧指数试验条件明确、判定直观，适合用于材料燃烧行为的基础研究与实验教学。

  七是第三方检测与出厂检验。在委托检测与产品出厂判定中，氧指数常作为燃烧性能的常规项目之一，设备的数据存储与查询功能便于留痕与复核。

  一是浓度控制自动化。从手动开合气阀、转子流量计读数，逐步过渡到程序设定目标值、比例阀自动配比、闭环控制回拉漂移，操作人员的角色从调节者转向设定者与判定者。

  二是传感与显示集成化。采用氧传感器直接数字显示浓度、免去公式换算，配合触摸屏把设定、运行、提示与数据管理收拢在同一个界面。

  三是状态提示与自诊断。气源故障提示、氧传感器故障提示、氧气氮气错接提示、氧传感器老化提示等功能，把过去依赖经验的判断变成明确的告警，有助于减少无效试验。

  四是数据管理规范化。实验数据的存储、查询与清除功能，为试验留痕与结果复核提供了便利，也便于实验室管理与质量体系衔接。

  五是与标准修订同步。随着方法标准的修订，设备在筒径选择、流速控制与判据设置上留出了可设定空间，便于按照不同版本或不一样的材料类别的方法要求配置参数。

  氧指数是一项把材料燃烧行为换算为临界气氛数值的指标，塑料与建筑材料都常用到它。这台以 GB/T 2406.2-2009 为设计标准的全自动氧指数测定仪，把氧浓度调节从人工操作交给程序，用步进比例阀与闭环控制提高浓度稳定性，用进口氧传感器实现浓度直读，并以触摸屏集成设定、提示与数据管理功能；石英玻璃燃烧筒、可弯曲点火嘴与两类试样夹，则覆盖了从硬质塑料、板材到纺织品、泡沫等不同形态材料的试验需求。

  需要说明的是，设备只是把试验条件控制得更稳，结果可不可靠，归根到底仍取决于试样制备是否规范、判据口径是否统一、操作是否按所依据标准执行。使用时应结合材料类别与委托要求，确认方法标准的现行有效版本，并把环境条件、试样状态与判据在记录中写清，这样得出的氧指数才有比较价值。