玻璃纤维增强塑料燃烧性能实验方法：氧指数法

1.实验目的

（1）掌握氧指数实验方法的操作要点。

（2）掌握用氧指数表征燃烧性能与其他方法的联系与区别。

2.实验原理

氧指数的定义为点燃试样后，使试样能平稳燃烧50 mm或燃烧时间为3 min时所需的氧、氮混合气体中最低的氧气体积分数，用百分数表示，如最低氧气浓度为22%，则称氧指数为22%。氧指数越高，越不易着火。因为空气中氧气的含量为22%左右，因此有的文件规定，氧指数在25%以下的物质为易燃物；氧指数在28%以上的为阻燃物；氧指数在50%以上的为难燃或不燃物。但是这一燃烧性能分类标准还没有成为国家标准。

氧指数的计算：

式中，V LOI为氧指数；V O2 为氧气体积；V N2 为氮气的体积。

3.实验设备及原材料

氧指数测定仪、秒表（精度为0.1 s）、游标卡尺（精度为0.02 mm）、阻燃复合材料。

氧指数测定仪如图5-12所示。它由燃烧筒、试样夹、气体供应系统、测定及控制系统、点火器等组成。

图5-12　氧指数测定仪示意图

1—底座；2—玻璃珠；3—金属网；4—试样夹；5—试样；6—燃烧筒；7—点火器；8—气体混合器；9—压力表；10—氧气瓶；11—氮气瓶；12—稳压器；13—调节阀；14—转子流量计。

燃烧筒内径为（75±3）mm，高度为（450±5）mm，底部填充直径为（4±1）mm的玻璃珠，填充高度为（100±5）mm，玻璃珠上放一金属网，混合气体在筒内的流速为（4±1）m／s。若流速为4 cm／s，则内径为75 mm的圆筒截面积为π（7.5 cm）2／4=44.16 cm2，每秒流量为4 cm／s×44.16 cm2=176.6 cm3，每分钟流量为10 597.5 cm3，即10.6 L／min。然后按初始实验浓度分配氧气和氮气的流量，具体方程式为式中，V O2 为氧气流量（L／min）；V N2 为氮气流量（L／min）；α为拟定的氧气体积分数（%）。

试样夹安在燃烧筒内，处于垂直状态。气体供应系统由氧气瓶、氮气瓶、压力表等组成。测定和控制系统由氧气流量计、氮气流量计（流量计最小刻度为0.1 L／min）、气体混合器、稳压器、调节阀等组成。点火器是尖端内径为1～3 mm的喷嘴。

阻燃复合材料的尺寸为（70～150）mm×6.5 mm×3 mm。

4.实验步骤

1）试样准备

按（70～150）mm×6.5 mm×3 mm的尺寸加工试样，试样数量不少于5根。

实验前将试样放置在干燥器中平衡至少24 h。试样中树脂固化度应大于80%。(www.xing528.com)

2）实验步骤

（1）实验在通风橱中进行，将试样垂直安装在试样夹上，使上端至筒顶距离不小于100 mm，转动氧指数测定仪调节阀门，检查连接处是否漏气。根据经验判断初始氧浓度，如复合材料在空气中能燃烧的初始氧浓度设为18%左右，若在空气中不能燃烧则设置在25%以上，若测试使用阻燃配方的试样，初始氧浓度可选为29%左右。

（2）点火器的火焰长度为15～25 mm。

（3）调节流量阀门，使流入燃烧筒的氧、氮混合气体达到所要求的初始氧浓度（由氧、氮流量计流量之比确定，如氧气流量值∶氮气流量值=3∶9，则混合气体中的氧气浓度为25%），然后调节调节阀使氧气流量和氮气流量之比保持不变。

（4）按照式（5-24）和式（5-25）计算出的氧浓度调好设备后，在燃烧筒内通30 s的气体，然后在试样上端点火，当试样上端确实点燃后，撤去火源，并马上开始计时，观察试样燃烧情况，包括炭化、熔融、弯曲、滴落、阴燃、火焰及烟雾大小、颜色、燃烧后分层及火焰分布均匀否等。火焰熄灭则停止计时。

（5）若试样燃烧时间大于3 min，则降低氧浓度；若试样燃烧时间小于3 min，则增加氧浓度。反复进行实验，测得使材料燃烧时间为3 min时的最低氧浓度，燃烧3 min以上和以下的两种氧浓度之差应小于0.5%。燃烧过程中混合气体流量不能变，也不能打开抽风机。

（6）断开气体，通风换气后关闭通风橱。

5.实验结果

（1）将试样的长、宽、厚及实验中的初始氧浓度等数据记录在表5-11中并进行数据处理。

表5-11　氧指数测定数据记录及计算

（续表）

（2）按照式（5-23）计算氧指数，并记录在表5-11中。

（3）记录实验过程中出现的其他现象并说明测定氧指数的影响因素。