北广精仪泡沫塑料与纺织材料全自动氧指数测定仪

  泡沫塑料与纺织材料是日常用量很大的一类高分子材料。家具软垫、床垫海绵、包装缓冲材、建筑保温板、汽车内饰件，以及服装面料、装饰织物、无纺布、地毯与窗帘，都属于这一类。它们大多由有机高分子构成，遇热后会分解出可燃气体，气体与空气混合后具备被点燃的条件。材料点燃之后能否继续燃烧、要多少氧才能维持燃烧，与周围气体中的氧气含量直接相关。

  空气中的氧含量约为百分之二十一。如果一种材料在氧气含量低于这一水平的气体中仍能维持有焰燃烧，说明它在普通空气环境中延续燃烧的门槛不高；反之，若需要在氧气含量高于空气水平的气体中才能维持燃烧，则说明它在空气中较难自持燃烧。氧指数正是把这一门槛量化下来的指标。泡沫塑料与纺织材料的阻燃配方研发、来料检验、出厂抽检、建筑与交通工具内饰材料选型，都会用到这一指标。

  本机为全自动氧指数测定仪，设计标准为 GB/T 2406.2-2009，试样夹可用于软质和硬质塑料、各类建筑材料、纺织品、防火门等材料。本文以泡沫塑料与纺织材料为主线，对该机的测定原理、主要技术指标、操作流程与日常使用上的要求逐项说明。

  其一，氧指数（Oxygen Index，常写作 OI），在部分文献与标准中也称极限氧指数（Limiting Oxygen Index，LOI）。它指的是在规定试验条件下，试样在氧气与氮气组成的混合气流中，刚好能够维持有焰燃烧（按标准规定的燃烧时间或燃烧长度判定）时，混合气体中氧气所占的体积百分数。

  其二，氧指数与点燃温度、热释放速率、烟密度、燃烧增长速率等指标考察的不是同一件事。点燃温度看的是材料被引燃的难易，氧指数看的是材料被引燃之后能否维持燃烧。一项材料可能在点燃温度上表现良好，氧指数却并不高；也可能相反。工程选型时需要把几项指标放在一起看。

  其三，氧指数是一个实验室小试样条件下的相对比较指标，用于同一类材料之间、不同配方之间的比较。它并不等同于材料在实际火灾场景中的危险性判断，实际火灾还应该要考虑材料用量、铺设方式、通风条件、周围热源等因素。

  其四，氧指数的高低与材料是不是阻燃相关，但不能简单画等号。多数情况下，氧指数较高的材料，在空气中较难维持燃烧；氧指数低于空气氧含量水平的材料，在空气中较容易持续燃烧。对泡沫塑料与纺织材料而言，配方、密度、孔隙结构、织物组织与后整理工艺都会影响氧指数数值，因此试验条件必须统一，结果才有可比性。

  泡沫塑料的特点是密度低、孔隙多、比表面积大，内部通道与外部表面同时参与燃烧过程。软质泡沫受热后容易软化、收缩、熔融滴落，硬质泡沫则可能表面结炭、内部继续阴燃。试样在燃烧筒中的位置、夹持方式与支撑状态都会影响燃烧发展，因此就需要把试样竖直固定在燃烧筒的轴心位置，并使夹持力稳定、不遮挡燃烧面。

  纺织材料的特点是薄、柔软、强度低，通常无法自行保持竖直状态，需要用非自撑材料试样夹把试样的两个垂直边同时固定在框架上，再竖直悬挂于燃烧筒内。织物燃烧时可能伴随熔融滴落、卷缩、边缘收边等现象，试验时需要按标准规定的试样尺寸与固定方式操作，避免因装夹松动导致燃烧长度判定出现偏差。

  与普通塑料相比，泡沫与织物更容易在较低的氧气含量下延续燃烧，试验中氧浓度的调节精度与稳定性对结果影响明显，这也是这类材料更依赖自动调节氧浓度的仪器来完成测定的原因之一。

  本机的设计标准为 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）。

  与该标准配套或相近的方法依据还包括：GB/T 2406.1-2008（塑料 用氧指数法测定燃烧行为 第1部分：导则）、GB/T 5454（纺织品 燃烧性能测试 氧指数法）、GB/T 8924（玻璃纤维增强塑料燃烧性能测试方法 氧指数法），以及国际上的 ISO 4589-2、ASTM D2863 等方法标准。建筑材料的燃烧性能分级还会涉及 GB 8624 系列标准。

  上列编号以现行有效版本为准。实际试验时应以委托方指定的标准、委托文件或产品技术方面的要求为准选择方法，并核对标准中对试样尺寸、调湿处理、气体流速、判定规则等具体要求。

  氧指数测定的基础原理是：把试样竖直固定在燃烧筒内，自下而上通入按特殊的比例配制的氧气与氮气混合气体，用规定火焰点燃试样上端，然后观察试样的燃烧情况。改变混合气体中的氧浓度，找到刚好能维持燃烧的那个氧浓度水平，即得到试样的氧指数。

  氧浓度的配制比例由两种气体的流量决定，可按下列关系换算：氧浓度等于氧气流量除以氧气流量与氮气流量之和，再乘以百分之一百。

  传统氧指数测定仪在试验过程中需要人工反复调节氧气与氮气流量，再逐次读数与试烧。本机采用全彩触摸屏控制，只需在触屏上设定氧浓度值，程序便会自动调节到氧浓度平衡并发出提示音，免去了人工调节氧浓度的麻烦。气路中采用步进比例阀，提高了流量的控制精度；同时采用闭环控制，测试过程中氧浓度出现漂移时程序自动调节回到目标值，避免传统仪器在测试中不便调节氧浓度的问题，有助于提高测试精度。

  其一，气路部分。氧气与氮气分别经减压、稳流后进入步进比例阀，按设定比例混合后送入燃烧筒。输入压力与工作所承受的压力都有明确的区间要求，气源需用户自备。

  其二，控制与检测部分。触摸屏作为操作与显示界面，控制单元执行氧浓度自动调节、计时、数据存储与故障提示；氧传感器实时检测混合气体中的氧浓度并以数字显示，无需人工计算。

  其三，燃烧与点火部分。燃烧筒为石英玻璃筒，内径不小于七十五毫米，便于观察燃烧过程。点火采用丙烷（丁烷）点火系统，点火嘴由一根金属管制成，可自由弯曲，能插入燃烧筒内点燃试样。

  其四，装夹部分。配自撑材料试样夹与非自撑材料试样夹两类，前者用于能在筒内自行保持竖直的试样，后者用于纺织品等柔软、不能自撑的材料。

  其五，提示与保护部分。仪器对气源故障、氧传感器故障、氧气氮气错接、氧传感器老化等情况设有提示，便于操作人员及时处理。

  采用进口氧传感器，数字显示氧气浓度无需计算，精度更高更准确，范围 0—100%

  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）

  其一，全彩触摸屏控制。只需在触屏上设定氧浓度值，程序便会自动调节到氧浓度平衡并发出提示音，免去人工调节氧浓度的麻烦。

  其二，步进比例阀与闭环控制。采用步进比例阀提高了流量控制精度；采用闭环控制，测试当中氧浓度漂移时程序自动调节回到目标值，避免了传统氧指数测定仪不能在测试当中调节氧浓度的问题，有助于提高测试精度。

  其三，氧浓度直接数字显示。采用进口氧传感器，数字显示氧气浓度无需计算，测量范围为 0—100%。

  其四，一键校准与一键配比。仪器提供一键校准精度与一键配比浓度两项操作入口，减少手动输入与反复核对。

  其五，状态提示齐备。氧浓度稳定自动提示报警声；对气源故障、氧传感器故障、氧气氮气错接、氧传感器老化等情况分别给出提示。

  其六，计时与数据管理。带有计时功能，可存储实验数据、查询历史数据与清除历史数据，便于试验记录留存与复核。

  其七，燃烧判定可选。可选择是否燃烧 50mm，适应不一样的判定习惯与规定要求。

  本机配两类试样夹。自撑材料试样夹能固定在燃烧筒轴心位置上，并能垂直夹住试样，适用于硬质泡沫、硬质塑料、板材一类能在筒内自行保持竖直的试样；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，属于选配项，应用于纺织品等柔软、不可自撑的材料。

  试样准备环节需要留意几点：按所依据标准规定的尺寸截取试样；对吸湿性较强的纺织材料，按标准要求进行调湿处理；试样的边缘应平整，去除毛刺与散边，避免因边缘结构不齐导致点燃与燃烧行为异常；装夹时保持试样竖直，并使燃烧面朝向观察窗一侧，方便目视或摄像记录燃烧长度。

  对泡沫塑料，切割时应尽可能保持泡孔结构完整，不要压塌、挤压或撕裂孔壁，以免改变试样的实际比表面积；软质泡沫装夹时别过度夹紧，避免试样受压变形影响燃烧发展。

  气源方面，试验时需用纯度不小于百分之九十八的工业级氧气与氮气各一瓶作为气源。氧气与氮气属于高危运输品，无法作为氧指数测定仪的配件随仪器提供，只能在用户当地气站购买。为保证气体的纯度，宜在当地正规气站进行购买。仪器标注的用气要求为工业用氮气、氧气，纯度＞99%，气源和连接头由用户自备。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。

  点火系统方面，采用丙烷（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。火焰长度为 16±4mm，火焰大小 5mm-60mm 可自由调节。点火时应按标准规定的时间与位置让火焰接触试样上端，避免因接触时间过长或火焰过大导致结果偏离。

  氧浓度稳定的判定除了依靠仪器提示音，也应结合氧传感器显示值的变化趋势观察。当显示值在一段时间内保持稳定，说明混合气已进入平衡状态，此时再实施点火，测得的氧浓度才具备意义。

  步骤一，检查气源。确认氧气瓶与氮气瓶连接正确，管路无漏气，减压阀工作正常，输入压力处于规定区间。

  步骤二，开机准备。接通电源，电源要求为 AC220（+10%）V、50HZ；确认压力表读数正常，仪器自检通过，无故障提示。

  步骤三，准备试样。按标准规定裁取试样，完成必要的调湿与状态调节，检查试样外观与边缘质量。

  步骤四，安装试样。按材料类型选用自撑或非自撑试样夹，把试样竖直固定在燃烧筒轴心位置，非自撑材料应把两个垂直边同时固定牢靠。

  步骤五，设定参数。在触摸屏上设定氧浓度值、燃烧筒直径等参数；需要时选择是否燃烧 50mm，启动一键配比浓度与一键校准精度。

  步骤六，通入混合气。开启氧气与氮气，观察仪器自动调节过程，待程序提示氧浓度平衡、报警声响起后，再进入点火环节。

  步骤七，点火与计时。按规定方式点燃试样上端，同时启动计时；观察燃烧过程，记录燃烧时间与燃烧长度，按标准判定是否维持燃烧。

  步骤八，调整氧浓度。若试样未能在规定条件下维持燃烧，按标准的逐次逼近方法调整氧浓度设置，重复试验，直至找到判定边界。

  步骤九，记录结果。记录试样编号、材料名称、氧浓度设定值与显示值、燃烧时间、燃烧长度与判定结论；数据存入仪器，便于后续查询。

  步骤十，关机与整理。试验结束后关闭气源与电源，取出试样夹与残样，清理燃烧筒内壁与筒底落物，保持仪器整洁。

  其一，氧浓度调节精度与稳定性。氧浓度的配制比例由两种气体流量决定，流量控制精度直接决定设定的氧浓度与实际通入气体的氧浓度是否一致。步进比例阀与闭环控制正是为减小这一偏差而设置。

  其二，气体流速与燃烧筒规格。燃烧筒内气体流速规定为 40mm±2mm/s，石英玻璃筒内径不小于七十五毫米。流速偏高或偏低都会改变火焰周围的散热与供氧条件，影响燃烧发展。

  其三，试样装夹状态。试样是否竖直、是否居中、夹持是否牢固，对泡沫与织物这类易变形材料的影响尤其明显。装夹松动会改变试样在筒内的位置与角度，使结果出现波动。

  其四，气源纯度与压力。氧气与氮气的纯度不足，会改变混合气的实际氧浓度；输入压力与工作所承受的压力偏离规定区间，会影响流量稳定性。

  其五，试验环境的温湿度。仪器规定的试验环境为环境和温度 室温～40℃、相对湿度≤70%。环境条件的变化会影响试样的含湿量与燃烧行为。

  其六，点火条件。火焰长度应在 16±4mm，点火位置与接触时间需按标准执行，避免点火能量不足或过大。

  其七，试样本身的差异。泡沫塑料的密度与泡孔结构、纺织材料的成分与组织、阻燃整理工艺，都会使同一批不同试样之间出现数值分散。

  其八，操作人员的判定习惯。燃烧长度与燃烧时间的读取需要统一刻度与时刻，建议由同一人员或按相同规程完成，以减少人为差异。

  仪器带有计时功能，可存储实验数据、查询历史数据与清除历史数据，并可选择是否燃烧 50mm。为避免历史数据被误删，建议在清除之前先对需要留档的记录做一次核对或抄录。

  试验记录建议包含以下内容：试样编号与材料名称；所依据的标准编号与版次；氧浓度设定值、平衡显示值与实测值；燃烧筒直径规格与气体流速；点火方式与火焰长度；燃烧时间与燃烧长度；判定结论；试验日期、环境和温度与相对湿度；操作人员。对存在非正常现象的试样（如熔滴、卷缩、阴燃），宜在备注中说明，便于后续分析。

  其一，气路维护。按时进行检查氧气管路与氮气管路有无老化、龟裂与接头松动；长时间不用时应关闭气瓶总阀并卸压。

  其二，氧传感器维护。氧传感器属于消耗性元件，仪器对氧传感器老化设有提示。出现提示或发现显示值漂移明显时，应按要求做校准或更换，并留意氧传感器故障提示。

  其三，燃烧筒清洁。每次试验后清理筒内积炭与落物，清洁时避免划伤石英玻璃筒内壁；发现筒体出现裂纹或明显划痕应及时更换。

  其四，试样夹与点火嘴保养。清除试样夹上的残留物，保持夹持面平整；点火嘴喷嘴如出现堵塞或变形，应及时清洗整理或更换，保障火焰长度与形状稳定。

  其五，触摸屏与机箱。用柔软干布清洁触摸屏表面，避开使用有机溶剂；保持机箱通风口畅通，防止粉尘积聚。

  其六，压力表与减压阀。定期核对压力表读数与减压阀输出，确保输入压力与工作所承受的压力处于规定区间。

  其一，软质聚氨酯硬质泡沫。用于床垫、沙发、座椅填充料的阻燃配方验证与批次抽检。

  其四，纺织面料。用于服装、家纺面料按 GB/T 5454 一类办法来进行的燃烧性能测定。

  其七，玻璃纤维增强塑料。用于按 GB/T 8924 一类方法开展的燃烧性能试验。

  其八，科研与教学。用于高校、研究院所与检验测试的机构开展材料阻燃机理研究与比对试验。

  其一，从人工调节走向自动调节。氧浓度由程序自动配比与调节，减少了人工反复试调的环节，也降低了因人为操作带来的偏差。

  其二，从开环走向闭环控制。测试过程中氧浓度出现漂移时自动回到目标值，使试验条件在整段过程中保持一致。

  其三，检测元件数字化。氧传感器直接输出数字显示值，无需人工换算，读数更直观。

  其四，数据可留存、可追溯。仪器可存储、查询与清除历史数据，便于实验室建立试验记录体系。

  其五，状态提示与自我保护日益齐备。气源故障、氧传感器故障、氧气氮气错接、氧传感器老化等提示，帮助操作人员在试验开始前发现问题。

  其六，一机适配更多材料。通过更换试样夹与设定燃烧筒直径，同一台仪器可覆盖泡沫塑料、硬质塑料、建筑材料、纺织品与防火门等不同对象。

  泡沫塑料与纺织材料的氧指数，是评价其燃烧行为的一项基础指标。测定这项指标的关键，在于把氧浓度、气体流速、试样装夹与点火条件控制在同一套条件下，使结果具备可比性。本机以 GB/T 2406.2-2009 为设计标准，采用全彩触摸屏设定氧浓度、程序自动配比、闭环控制与进口氧传感器数字显示，并配自撑与非自撑两类试样夹，可覆盖泡沫塑料、硬质与软质塑料、建筑材料、纺织品与防火门等材料的测定需要。用好这类仪器的要点，是熟悉所依据标准的具体条款、规范试样准备与装夹、坚持按期校准与维护，再配合完整的记录管理，使每次试验的结果都能落到实处。