實驗一材料的氧指數(shù)測定實驗

1、實驗一材料的氧指數(shù)測定實驗實驗?zāi)康拿鞔_氧指數(shù)的定義及其用于評價高聚物材料相對燃燒性的原理；了解HC-2型氧指數(shù)測定儀的結(jié)構(gòu)和工作原理；掌握運用HC-2型氧指數(shù)測定儀測定常見材料氧指數(shù)的基本方法；評價常見材料的燃燒性能。實驗原理物質(zhì)燃燒時，需要消耗大量的氧氣,不同的可燃物，燃燒時需要消耗的氧氣量 不同，通過對物質(zhì)燃燒過程中消耗最低氧氣量的測定，計算出物質(zhì)的氧指數(shù)值，可 以評價物質(zhì)的燃燒性能。所謂氧指數(shù)（Oxygen index），是指在規(guī)定的試驗條件 下，試樣在氧氮混合氣流中，維持平穩(wěn)燃燒（即進行有焰燃燒）所需的最低氧氣 濃度，以氧所占的體積百分?jǐn)?shù)的數(shù)值表示（即在該物質(zhì)引燃后，能保持燃燒50mm

2、 長或燃燒時間3min時所需要的氧、氮混合氣體中最低氧的體積百分比濃度）。作 為判斷材料在空氣中與火焰接觸時燃燒的難易程度非常有效。一般認(rèn)為，OI27 的屬易燃材料,27WOI32的屬可燃材料,OIN32的屬難燃材料。HC-2型氧指數(shù) 測定儀，就是用來測定物質(zhì)燃燒過程中所需氧的體積百分比。該儀器適用于塑料、 橡膠、纖維、泡沫塑料及各種固體的燃燒性能的測試，準(zhǔn)確性、重復(fù)性好，因此 普遍被世界各國所采用。氧指數(shù)的測試方法，就是把一定尺寸的試樣用試樣夾垂直夾持于透明燃燒筒 內(nèi)，其中有按一定比例混合的向上流動的氧氮氣流。點著試樣的上端，觀察隨后 的燃燒現(xiàn)象，記錄持續(xù)燃燒時間或燃燒過的距離，試樣的燃燒時

3、間超過3min或 火焰前沿超過50mm標(biāo)線時，就降低氧濃度，試樣的燃燒時間不足3min或火焰前 沿不到標(biāo)線時，就增加氧濃度，如此反復(fù)操作，從上下兩側(cè)逐漸接近規(guī)定值，至 兩者的濃度差小于0.5%。氧指數(shù)法是在實驗室條件下評價材料燃燒性能的一種 方法，它可以對窗簾幕布、木材等許多新型裝飾材料的燃燒性能作出準(zhǔn)確、快捷 的檢測評價。需要說明的是氧指數(shù)法并不是唯一的判定條件和檢測方法，但它的 應(yīng)用非常廣泛，已成為評價燃燒性能級別的一種有效方法。實驗裝置HC-2型氧指數(shù)測定儀由燃燒筒、試樣夾、流量控制系統(tǒng)及點火器組成（見下圖)。1一點火器；2一玻璃燃燒筒；3一燃燒著的試樣；4一試樣夾；5一燃燒筒支架；6金

4、屬網(wǎng)；7測溫裝置； 8一裝有玻璃珠的支座；9一基座架；10一氣體預(yù)混合結(jié)點；11截止閥；12接頭；13壓力表；14一精 密壓力控制器；15過濾器；16針閥；17氣體流量計。圖1氧指數(shù)測定儀示意圖燃燒筒為一耐熱玻璃管，高450mm，內(nèi)徑7580mm，筒的下端插在基座上， 基座內(nèi)填充直徑為35mm的玻璃珠，填充高度100mm，玻璃珠上放置一金屬網(wǎng)， 用于遮擋燃燒滴落物。試樣夾為金屬彈簧片，對于薄膜材料，應(yīng)使用140 mmX38mm 的U型試樣夾。流量控制系統(tǒng)由壓力表、穩(wěn)壓閥、調(diào)節(jié)閥、轉(zhuǎn)子流量計及管路組 成。流量計最小刻度為0.1l/min。點火器是一內(nèi)徑為13mm的噴嘴，火焰長度 可調(diào)，試驗時火焰

5、長度為10mm。實驗材料材料：地板革試樣尺寸：每個試樣長寬高等于(120mm)X(6.50.5mm)X(3.00.5mm)試樣數(shù)量：每組應(yīng)制備10個標(biāo)準(zhǔn)試樣外觀要求：試樣表面清潔、平整光滑，無影響燃燒行為的缺陷，如：氣泡、裂 紋、飛邊、毛刺等。試樣的標(biāo)線：距離點燃端50mm處劃一條刻線。實驗內(nèi)容及方法檢查氣路，確定各部分連接無誤，無漏氣現(xiàn)象。確定實驗開始時的氧濃度：根據(jù)經(jīng)驗或試樣在空氣中點燃的情況，估計開始實 驗時的氧濃度。如試樣在空氣中迅速燃燒，則開始實驗時的氧濃度為18%左右； 如在空氣中緩慢燃燒或時斷時續(xù)，則為21%左右；在空氣中離開點火源即馬上熄 滅，則至少為25%。根據(jù)經(jīng)驗，確定該地

6、板革氧指數(shù)測定實驗初始氧濃度為26%。 氧濃度確定后，在混合氣體的總流量為10l/min的條件下，便可確定氧氣、氮氣 的流量。例如，若氧濃度為26%，則氧氣、氮氣的流量分別為2.5l/min和7.5l/min。安裝試樣：將試樣夾在夾具上，垂直地安裝在燃燒筒的中心位置上（注意要劃 50mm標(biāo)線），保證試樣頂端低于燃燒筒頂端至少100mm，罩上燃燒筒（注意燃燒 筒要輕拿輕放）。通氣并調(diào)節(jié)流量：開啟氧、氮氣鋼瓶閥門，調(diào)節(jié)減壓閥壓力為0.20.3MPa （由 教員完成），然后開啟氮氣和氧氣管道閥門（在儀器后面標(biāo)注有紅線的管路為氧 氣，另一路則為氮氣，應(yīng)注意：先開氮氣，后開氧氣，且閥門不宜開得過大），然

7、 后調(diào)節(jié)穩(wěn)壓閥，儀器壓力表指示壓力為0.10.01MPa，并保持該壓力（禁止使 用過高氣壓）。調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥，通過轉(zhuǎn)子流量計讀取數(shù)據(jù)（應(yīng)讀取浮子上沿所 對應(yīng)的刻度），得到穩(wěn)定流速的氧、氮氣流。檢查儀器壓力表指針是否在0.1Mpa， 否則應(yīng)調(diào)節(jié)到規(guī)定壓力，O2+N2壓力表不大于0.03Mpa或不顯示壓力為正常，若 不正常，應(yīng)檢查燃燒柱內(nèi)是否有結(jié)炭、氣路堵塞現(xiàn)象；若有此現(xiàn)象應(yīng)及時排除使 其恢復(fù)到符合要求為止。應(yīng)注意：在調(diào)節(jié)氧氣、氮氣濃度后，必須用調(diào)節(jié)好流量 的氧氮混合氣流沖洗燃燒筒至少30s （排出燃燒筒內(nèi)的空氣）。點燃試樣：用點火器從試樣的頂部中間點燃（點火器火焰長度為1-2cm），勿 使火焰碰

8、到試樣的棱邊和側(cè)表面。在確認(rèn)試樣頂端全部著火后，立即移去點火器， 開始計時或觀察試樣燒掉的長度。點燃試樣時，火焰作用的時間最長為30s，若 在30s內(nèi)不能點燃，則應(yīng)增大氧濃度，繼續(xù)點燃，直至30s內(nèi)點燃為止。確定臨界氧濃度的大致范圍：點燃試樣后，立即開始記時，觀察試樣的燃燒長 度及燃燒行為。若燃燒終止，但在1s內(nèi)又自發(fā)再燃，則繼續(xù)觀察和記時。如果 試樣的燃燒時間超過3min，或燃燒長度超過50mm（滿足其中之一），說明氧的濃 度太高，必須降低，此時記錄實驗現(xiàn)象記X”，如試樣燃燒在3min和50mm之 前熄滅，說明氧的濃度太低，需提高氧濃度，此時記錄實驗現(xiàn)象記“ 0”。如此 在氧的體積百分濃度的

9、整數(shù)位上尋找這樣相鄰的四個點，要求這四個點處的燃燒 現(xiàn)象為“ 0 0XX”。例如若氧濃度為26%時，燒過50mm的刻度線，則氧過量， 記為“X”，下一步調(diào)低氧濃度，在25%做第二次，判斷是否為氧過量，直到找 到相鄰的四個點為氧不足、氧不足、氧過量、氧過量，此范圍即為所確定的臨界 氧濃度的大致范圍。在上述測試范圍內(nèi)，縮小步長，從低到高，氧濃度每升高0.4%重復(fù)一次以上 測試，觀察現(xiàn)象，并記錄。根據(jù)上述測試結(jié)果確定氧指數(shù)OI。實驗數(shù)據(jù)記錄與結(jié)果處理實驗數(shù)據(jù)記錄實驗次數(shù)12345678910氧濃度，氮濃度，燃燒時間（S）燃燒長度（mm）燃燒結(jié)果說明：第二、三行記錄的分別是氧氣和氮氣的體積百分比濃度（需將流量計讀出 的流量計算為體積百分比濃度后再填入）。第四、五行記錄的燃燒長度和時間分 別為：若氧過量（即燒過50mm的標(biāo)線），則記錄燒到50mm所用的時間；若氧不 足，則記錄實際熄滅的時間和實際燒掉的長度。第六行的結(jié)果即判斷氧是否過量， 氧過量記“ X”，氧不足記“ 0”。數(shù)據(jù)處理根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)計算試樣的氧指數(shù)值OI，即取氧不足的最大氧濃度值和 氧過量的最小氧濃度值兩組數(shù)據(jù)計算平均值。材料性能評價：根據(jù)氧指數(shù)值評價材料的燃燒性能。