一.實驗目的
1.明確氧指數的定義及其用於評價高聚物材料相對燃燒性的原理；
2.了解hc-2型氧指數測定儀的結構和工作原理；
3.掌握運用hc-2型氧指數測定儀測定常見材料氧指數的基本方法；
4.評價常見材料的燃燒效能。
二.實驗原理
物質燃燒時,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,通過對物質燃燒過程中消耗最低氧氣量的測定,計算出物質的氧指數值,可以評價物質的燃燒效能。所謂氧指數（oxygen index），是指在規定的試驗條件下，試樣在氧氮混合氣流中，維持平穩燃燒（即進行有焰燃燒）所需的最低氧氣濃度，以氧所佔的體積百分數的數值表示（即在該物質引燃後，能保持燃燒50mm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。
一般認為，oi<27的屬易燃材料,27≤oi<32的屬可燃材料,oi≥32的屬難燃材料。hc-2型氧指數測定儀，就是用來測定物質燃燒過程中所需氧的體積百分比。該儀器適用於塑料、橡膠、纖維、泡沫塑料及各種固體的燃燒效能的測試，準確性、重複性好，因此普遍被世界各國所採用。
氧指數的測試方法，就是把一定尺寸的試樣用試樣夾垂直夾持於透明燃燒筒內，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，觀察隨後的燃燒現象，記錄持續燃燒時間或燃燒過的距離，試樣的燃燒時間超過3min或火焰前沿超過50mm標線時，就降低氧濃度，試樣的燃燒時間不足3min或火焰前沿不到標線時，就增加氧濃度，如此反覆操作，從上下兩側逐漸接近規定值，至兩者的濃度差小於0.5％。
氧指數法是在實驗室條件下評價材料燃燒效能的一種方法，它可以對窗簾幕布、木材等許多新型裝飾材料的燃燒效能作出準確、快捷的檢測評價。需要說明的是氧指數法並不是唯一的判定條件和檢測方法，但它的應用非常廣泛，已成為評價燃燒效能級別的一種有效方法。
三.實驗裝置
hc-2型氧指數測定儀由燃燒筒、試樣夾、流量控制系統及點火器組成（見下圖）。
1—點火器；2—玻璃燃燒筒；3—燃燒著的試樣；4—試樣夾；5—燃燒筒支架；6—金屬網；7—測溫裝置；8—裝有玻璃珠的支座；9—基座架；10—氣體預混合結點；11—截止閥；12—接頭；13—壓力表；14—精密壓力控制器；15—過濾器；16—針閥；17—氣體流量計。
圖1 氧指數測定儀示意圖
燃燒筒為一耐熱玻璃管，高450mm，內徑75～80mm，筒的下端插在基座上，基座內填充直徑為3～5mm的玻璃珠，填充高度100mm，玻璃珠上放置一金屬網，用於遮擋燃燒滴落物。試樣夾為金屬彈簧片，對於薄膜材料，應使用140 mm×38mm的u型試樣夾。流量控制系統由壓力表、穩壓閥、調節閥、轉子流量計及管路組成。
流量計最小刻度為0.1l/min。點火器是一內徑為1～3mm的噴嘴，火焰長度可調，試驗時火焰長度為10mm。
四.實驗材料
1.材料：地板革
2.試樣尺寸：每個試樣長寬高等於（120mm）×（6.5±0.5mm）×（3.0±0.5mm）
3.試樣數量：每組應製備10個標準試樣
4.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。
5.試樣的標線：距離點燃端50mm處劃一條刻線。
五.實驗內容及方法
1.檢查氣路，確定各部分連線無誤，無漏氣現象。
2.確定實驗開始時的氧濃度：根據經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，則為21%左右；在空氣中離開點火源即馬上熄滅，則至少為25%。根據經驗，確定該地板革氧指數測定實驗初始氧濃度為26%。氧濃度確定後，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。
3.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（注意要划50mm標線），保證試樣頂端低於燃燒筒頂端至少100mm，罩上燃燒筒（注意燃燒筒要輕拿輕放）。
4.通氣並調節流量：開啟氧、氮氣鋼瓶閥門，調節減壓閥壓力為0.
2～0.3mpa（由教員完成），然後開啟氮氣和氧氣管道閥門(在儀器後面標註有紅線的管路為氧氣，另一路則為氮氣,應注意：先開氮氣，後開氧氣，且閥門不宜開得過大),然後調節穩壓閥，儀器壓力表指示壓力為0.
1±0.01mpa，並保持該壓力（禁止使用過高氣壓）。調節流量調節閥，通過轉子流量計讀取資料（應讀取浮子上沿所對應的刻度），得到穩定流速的氧、氮氣流。
檢查儀器壓力表指標是否在0.1mpa，否則應調節到規定壓力，o2+n2壓力表不大於0.03mpa或不顯示壓力為正常，若不正常，應檢查燃燒柱內是否有結炭、氣路堵塞現象；若有此現象應及時排除使其恢復到符合要求為止。
應注意：在調節氧氣、氮氣濃度後，必須用調節好流量的氧氮混合氣流沖洗燃燒筒至少30s（排出燃燒筒內的空氣）。
5.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），勿使火焰碰到試樣的稜邊和側表面。
在確認試樣頂端全部著火後，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內不能點燃，則應增大氧濃度，繼續點燃，直至30s內點燃為止。
6.確定臨界氧濃度的大致範圍：點燃試樣後，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內又自發再燃，則繼續觀察和記時。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，此時記錄實驗現象記「×」，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，此時記錄實驗現象記「ο」。如此在氧的體積百分濃度的整數字上尋找這樣相鄰的四個點，要求這四個點處的燃燒現象為「οο××」。
例如若氧濃度為26%時，燒過50mm的刻度線，則氧過量，記為「×」，下一步調低氧濃度，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，此範圍即為所確定的臨界氧濃度的大致範圍。
7.在上述測試範圍內，縮小步長，從低到高，氧濃度每公升高0.4%重複一次以上測試，觀察現象，並記錄。
8.根據上述測試結果確定氧指數oi。
六. 實驗資料記錄與結果處理
1.實驗資料記錄
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後再填入）。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。第六行的結果即判斷氧是否過量，氧過量記「×」，氧不足記「ο」。
2.資料處理
根據上述實驗資料計算試樣的氧指數值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資料計算平均值。
3.材料效能評價：根據氧指數值評價材料的燃燒效能。
七.實驗注意事項
1.試樣製作要精細、準確，表面平整、光滑。
2.氧、氮氣流量調節要得當，壓力表指示處於正常位置，禁止使用過高氣壓，以防損壞裝置。
3.流量計、玻璃筒為易碎品，實驗中謹防打碎。
八.思考題
1.什麼叫氧指數值？如何用氧指數值評價材料的燃燒效能？
型氧指數測定儀適用於哪些材料效能的測定？如何提高實驗資料的測試精度？
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