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氧指数测定仪的改进及其应用

氧指数测定仪是用来鉴定聚合物材料难燃性的仪器。现有氧指数仪存在对样品形状有限制和测试数据少等缺陷。改进型氧指数测定仪由氮气测量与控制装置、氧气测量与控制装置、氮气与氧气混合装置、丙烷点火器、燃烧系统、样品温度与时间测量装置构成。


改进型氧指数测定仪特别适用于没有固定形状的样品,测试结果包括氧指数值和燃烧温度一时间曲线,氧指数大小基于燃烧温度而确定。对于氧指数大于80的样品,改进后的氧指数测定仪可以通过样品燃烧温度的高低来判断阻燃性能的相对优劣。改进型氧指数测定仪适应的样品范围更广、提供测试数据更多和更科学,也更能适应实验室研究和实验教学的需要。


氧指数测定仪主要用来测定聚合物等材料燃烧过程所需氧气的百分比,可作为鉴定这类材料难燃性的手段。国家标准GB/T5454—1997和GB/T2406—1993l2分别规定了纺织品与塑料氧指数燃烧性能的测试方法。现有的氧指数测定仪只适用于匀质固体材料、层压材料、泡沫塑料、织物、软片和薄膜等材料的燃烧性能测试。


要测上述材料的氧指数时,必须先将物体制成标准样片才能进行测试,需要经过很多工序,这无疑给开发研究新型阻燃材料增加了困难与成本。另外,燃烧试验时,使用者只能通过肉眼观察样品燃烧情况及其外观变化,无法获得更多和更科学的数据。我们对现有氧指数测定仪进行了一系列的改进,不仅适用于其他没有确定形状的样品,如粉体、液体、膏状样品,而且能获取更科学的数据。

1、改进型氧指数测定仪的原理与构造

现有氧指数的测试过程中,将一定尺寸的试样用试样夹夹持于透明燃烧筒内,筒中通入一定比例的氧气与氮气混合气流,点着试样的上端,观察随后的燃烧现象,记录持续燃烧的时间或燃烧过的长度。试样的燃烧时间超过3min或火焰前沿超过50mm标线时,就降低氧气浓度;试样的燃烧时间不足3min或火焰前沿不到标线时,就增加氧浓度。如此反复操作,从上下两侧逐渐接近规定值,至两者的浓度差小于0.5,此时得出的氧气含量就是试样的氧指数。


改进型氧指数测定仪所测阻燃性能参数包括粉体氧指数(POI)和样品温度(Tr)一时间曲线。粉体氧指数测定方法类似于上述氧指数测定方法,采用氧气占氧一氮气混合体积比。当燃烧时问达到3min时,样品背面温度达到Zda时所对应氧气含量,称为粉体氧指数。样品温度测定时,将温度传感器(热电偶)固定在样品池的底部,当样品点燃时间结束后开始计时,并同时记录样品燃烧温度,实验结果为燃烧时间一样品温度曲线。


改进型氧指数测定装置由氮气测量与控制装置、氧气测量与控制装置、氮气与氧气混合装置、丙烷点火器、燃烧系统、样品温度与时间测量装置所构成。其中,燃烧测量系统采用类似于氧指数测定仪的玻璃烟囱,燃烧器的耐热玻璃烟囱为筒状组合结构,分为上、下两部分,上端的直径较小、下端直径较大,中间为渐变区域。


简体的尺寸基于筒中气体处于层流状态,避免筒体直径变化时流动状态的变化。样品池则采用具有壁面绝热保温圆柱形容器,材质主体可为不锈钢、陶瓷、玻璃容器等。壁面热绝缘层可保证样品池底部所测温度是由于样品层的热传导作用(膨胀后可能包含对流作用)而造成的温度升高,避免由样品池壁面直接热传递而引起的温度升高。

2、改进型氧指数仪的实验方法

样品点火方式(气源、火焰高度)与常规氧指数的测定方法基本相同。混合气体的总流量10L/min,氧气、氮气以及混合气体的表前压力均为0.15MPa左右,但点燃时间可以为30s、60s和90s。对某些极其难燃的样品,氧指数值可以设定在约80,点燃时间为180s,同时测定样品燃烧温度,比较燃烧温度的高低,判断阻燃性能的相对优劣。


测试时,打开氧气瓶和氮气瓶,将样品放人样品池,通气一段时间后,点燃点火器,对样品进行加热,点火器火焰长度为20~40mm;打开温度记录仪与计时器,达到规定时间后停止点火,并同时开始记录燃烧温度。


实验结束时,观察温度时问曲线在“点燃时间+燃烧时间180s”处的斜率,根据斜率适当地调整氧气比例,使斜率基本为0,此直线所对应的氧气所占比例即为氧指数;若不能使恰好在该点处斜率为0,可取斜率Z接近的上下两条线氧指数的平均值,即斜率稍大于0和稍小于0的两条曲线。这是由于样品持续燃烧时,会不断地产生热量,从而引起温度持续上升,则温度时间曲线斜率会大于0;而燃烧停止时,不再产生热量,温度通常会下降,温度曲线斜率会小于0,所以可以通过曲线的斜率来判断燃烧是否已停止。


3、结论

改进型氧指数测定仪测试原理同样基于氧气的相对消耗量而确定,但其所用样品形式可以为液体、粉体、膏状等没有固定形状的样品,且所测结果同时包括氧指数值和燃烧温度一燃烧时间曲线。特别是对那些阴燃性样品,由于阴燃同样会释放热量、引起燃烧温度升高,故这种氧指数测试结果更具有说服力。更值得一提的是,对于通常认为氧指数大于80就无法测试的样品,这种氧指数测定仪仍可以通过样品燃烧温度的高低而判断阻燃性能的相对优劣。因此,改进型氧指数测定仪适应的样品范围更广、提供的测试数据更多和更科学。


2004-11-12 浏览次数:1963次
本文来源:https://www.yiqi.com/daogou/detail_1483.html
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