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材料极限氧指数的测试 氧指数测定仪的结构及原理

2011-05-07 北京卓锐科技 39

材料极限氧指数的测试

一.实验目的

1.明确氧指数的定义及其用于评价高聚物材料相对燃烧性的原理;

2.了解极限全自动氧指数测定仪的结构和工作原理;

3.掌握运用极限全自动氧指数测定仪测定常见材料氧指数的基本方法;

4.评价常见材料的燃烧性能。

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二.实验原理

物质燃烧时,需要消耗大量的氧气,不同的可燃物,燃烧时需要消耗的氧气量不同,通过对物质燃烧过程中消耗最低氧气量的测定,计算出物质的氧指数值,可以评价物质的燃烧性能。所谓氧指数(Oxygen index),是指在规定的试验条件下,试样在氧氮混合气流中,维持平稳燃烧(即进行有焰燃烧)所需的最低氧气浓度,以氧所占的体积百分数的数值表示(即在该物质引燃后,能保持燃烧50mm长或燃烧时间3min时所需要的氧、氮混合气体中最低氧的体积百分比浓度)。作为判断材料在空气中与火焰接触时燃烧的难易程度非常有效。一般认为,OI<27的属易燃材料,27≤OI<32的属可燃材料,OI≥32的属难燃材料。HC-2型氧指数测定仪,就是用来测定物质燃烧过程中所需氧的体积百分比。

氧指数的测试方法,就是把一定尺寸的试样用试样夹垂直夹持于透明燃烧筒内,其中有按一定比例混合的向上流动的氧氮气流。点着试样的上端,观察随后的燃烧现象,记录持续燃烧时间或燃烧过的距离,试样的燃烧时间超过3min或火焰前沿超过50mm标线时,就是最低氧浓度,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%。

三.实验装置

极限智能氧指数测定仪由燃烧筒、试样夹、流量控制系统及点火器组成。

燃烧筒为一耐热玻璃管,筒的下端插在基座上,基座内填充一定高度的玻璃珠,玻璃珠上放置一金属网,用于遮挡燃烧滴落物。试样夹为金属弹簧片,对于薄膜材料,应使用U型试样夹。流量控制系统由压力表、稳压阀、调节阀、转子流量计及管路组成。点火器火焰长度可调,试验时火焰长度为10mm。

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四.实验材料

1.材料:地板革

2.试样尺寸:每个试样长宽高等于(120mm)×(6.5±0.5mm)×(3.0±0.5mm)

3.试样数量:每组应制备10个标准试样

4.外观要求:试样表面清洁、平整光滑,无影响燃烧行为的缺陷,如:气泡、裂纹、飞边、毛刺等。

5.试样的标线:距离点燃端50mm处划一条刻线。

五.实验内容及方法

1.检查气路,确定各部分连接无误,无漏气现象。

2.确定实验开始时的氧浓度:根据经验或试样在空气中点燃的情况,估计开始实验时的氧浓度。如试样在空气中迅速燃烧,则开始实验时的氧浓度为18%左右;如在空气中缓慢燃烧或时断时续,则为21%左右;在空气中离开点火源即马上熄灭,则至少为25%。根据经验,确定该地板革氧指数测定实验初始氧浓度为26%。氧浓度确定后,在混合气体的总流量为10l/min的条件下,便可确定氧气、氮气的流量。例如,若氧浓度为26%,则氧气、氮气的流量分别为2.5l/min和7.5l/min。

3.安装试样:将试样夹在夹具上,垂直地安装在燃烧筒的中心位置上(注意要划50mm标线),保证试样顶端低于燃烧筒顶端至少100mm,罩上燃烧筒(注意燃烧筒要轻拿轻放)。

4.通气并调节流量:开启氧、氮气钢瓶阀门,调节减压阀压力为0.2~0.3MPa(由教员完成),然后开启氮气和氧气管道阀门(在仪器后面标注有红线的管路为氧气,另一路则为氮气,应注意:先开氮气,后开氧气,且阀门不宜开得过大),然后调节稳压阀,仪器压力表指示压力为0.1±0.01MPa,并保持该压力(禁止使用过高气压)。调节流量调节阀,通过转子流量计读取数据(应读取浮子上沿所对应的刻度),得到稳定流速的氧、氮气流。应注意:在调节氧气、氮气浓度后,必须用调节好流量的氧氮混合气流冲洗燃烧筒至少30s(排出燃烧筒内的空气)。

5.点燃试样:用点火器从试样的顶部中间点燃,勿使火焰碰到试样的棱边和侧表面。在确认试样顶端全部着火后,立即移去点火器,开始计时或观察试样烧掉的长度。点燃试样时,火焰作用的时间最长为30s,若在30s内不能点燃,则应增大氧浓度,继续点燃,直至30s内点燃为止。

6.确定临界氧浓度的大致范围:点燃试样后,立即开始记时,观察试样的燃烧长度及燃烧行为。若燃烧终止,但在1s内又自发再燃,则继续观察和记时。如果试样的燃烧时间超过3min,或燃烧长度超过50mm(满足其中之一),说明氧的浓度太高,必须降低,此时记录实验现象记“×”,如试样燃烧在3min和50mm之前熄灭,说明氧的浓度太低,需提高氧浓度,此时记录实验现象记“Ο”。如此在氧的体积百分浓度的整数位上寻找这样相邻的四个点,要求这四个点处的燃烧现象为“ΟΟ××”。例如若氧浓度为26%时,烧过50mm的刻度线,则氧过量,记为“×”,下一步调低氧浓度,在25%做第二次,判断是否为氧过量,直到找到相邻的四个点为氧不足、氧不足、氧过量、氧过量,此范围即为所确定的临界氧浓度的大致范围。

7.在上述测试范围内,缩小步长,从低到高,氧浓度每升高0.4%重复一次以上测试,观察现象,并记录。

8.根据上述测试结果确定氧指数OI。

摘自:北京鑫生卓锐科技有限公司