氧指数测定仪改进及其应用(可编辑)

氧指数测定仪改进及其应用(可编辑) 氧指数测定仪改进及其应用 第!" 卷# 第$ 期 实 验 科 学 与 技 术 956:!";5:$ %"!% 年!% 月 &’*+,-./0+-01-2304-56578 0:%"!% 氧 指 数 测 定 仪 的 改 进 及 其 应 用 1 Z Z Z 石 小 丽 ! 吴 雪 云 ! 赵# 云 ! 莫 小 杰 ! 苏 州 大 学#1: 材 料 与 化 学 化 工 部% Z: 纺 织 与 服 装 工 程 学 院" 江 苏# 苏 州#%!"%!# 摘 要" 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? 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D" 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 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% 关# 键# 词" 氧 指 数 测 定 仪’ 仪 器’ 改 进’ 应 用 中 图 分 类 号" 3K"!$:_%# 3bA## 文 献 标 志 码" b##25+ " !"MJA$ACNM+OO-M!$@%?"M%"!%M"$M"" H$;A0;$%1":?$I$"2$-$%*I-E-*?$ 1 Z Z Z /PWH+15S6+" hQHTS8T- " EPGIUT- " FIH+15SN+ !1:B56675VB4,+016&-7+-*+-71-2F1.*+16O/0+-0 % Z:\10T6.85V3’.+6O1-2B65.4+-7&-7+-*+-7 " /55045YQ-+X*O+.8 " /Tc45T%!"%!" B4+-1 # 78-%*. $345’87-+-2’.O.+-O.*T,-.+OTOT1668TO2V5*.4061OO+V+01.+5-5V.4568,*+0V 61,*.1*21-08:34’+O.+-7.O.* 2,1-2OO6VOT5*.O1,6O1-2*5X+2O*2T02.O.*OT6.O:34-Y5’87-+-2’.O.*+-0 6T2O5’87-V65Y*1.,1OT*,-.1-2 12NTO.,-. " -+.*57-V65Y*1.,1OT*,-.1-2 12NTO.,-. " -+.*57- 1-2 5’87- ,+’+-705,5--. " *51-+7-+.* " 05,ZTO.+5- Z1**6 " 1-2.,*1.T*1-2.+,*05*2*O " Y4+04+OO0+1668OT+.1Z6V5*.4O1,6OY+.45T.O56+2O41 " 1-2OT6+OY+.4.45’S 87-+-2’-T,Z*1-2.405,ZTO.+5-.,*1.T*S.+,0T*X:345’87-+-2’-T,Z*+O2.*,+-2Z1O25-.405,ZTO.+5-.,S *1.T**1.4*.41-05,ZTO.+5-4-5,-1:h41.YO45T62,-.+5-+O.416+01Z+6+.8V5 *.4,1.*+16O2+VV+0T6..5Z+7-+.21..4 5’87-05-.-.5VX-7*1.*.41-D" :34*V5* " .4+,*5X2.O.*01-121..51X1*+.85VO1,6O1-25VV*,5**OT6.O5- ,5*O0+-.+V+0Z1OO:34-Y5’87-+-2’.O.*01-Z1*.+0T61*68TO2V5*.4’*+,-.16.104+-71-2.461Z5*1.5*8*O1*0410S .+X+.8: 9$:;0%- $ 5’87-+-2’.O.* % +-O.*T,-. % ,52+V+01.+5-% TO17 J 氧 指 数 仪 主 要 用 来 测 定 聚 合 物 等 材 料 燃 烧 过 程 的 数 据& 本 实 验 仪 器 现 已 经 申 报 国 家 发 明 专 利 & 所 需 氧 气 的 百 分 比" 可 作 为 鉴 定 这 类 材 料 难 燃 性 的 !# 改 进 型 氧 指 数 仪 的 原 理 与 构 造 ! 手 段& 国 家 标 准LbC3?!AA@ 和LbC3%"$ % ?!AAJ 分 别 规 定 了 纺 织 品 与 塑 料 氧 指 数 燃 烧 性 能 现 有 氧 指 数 的 测 试 过 程 中" 将 一 定 尺 寸 的 试 样 的 测 试 方 法& 现 有 的 氧 指 数 仪 只 适 用 于 匀 质 固 体 材 用 试 样 夹 夹 持 于 透 明 燃 烧 筒 内" 筒 中 通 入 一 定 比 例 料’ 层 压 材 料’ 泡 沫 塑 料’ 织 物’ 软 片 和 薄 膜 等 材 的 氧 气 与 氮 气 混 合 气 流" 点 着 试 样 的 上 端" 观 察 随 料 的 燃 烧 性 能 测 试& 要 测 上 述 材 料 的 氧 指 数 时" 必 后 的 燃 烧 现 象" 记 录 持 续 燃 烧 的 时 间 或 燃 烧 过 的 长 须 先 将 物 体 制 成 标 准 样 片 才 能 进 行 测 试" 需 要 经 过 度& 试 样 的 燃 烧 时 间 超 过J ,+- 或 火 焰 前 沿 超 过 很 多 工 序" 这 无 疑 给 开 发 研 究 新 型 阻 燃 材 料 增 加 了 ",, 标 线 时" 就 降 低 氧 气 浓 度% 试 样 的 燃 烧 时 间 不 足J ,+- 或 火 焰 前 沿 不 到 标 线 时" 就 增 加 氧 浓 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 度& 如 此 反 复 操 作" 从 上 下 两 侧 逐 渐 接 近 规 定 值" 多 和 更 科 学 的 数 据& 我 们 对 现 有 氧 指 数 仪 进 行 了 一 至 两 者 的 浓 度 差 小 于": " 此 时 得 出 的 氧 气 含 量 系 列 的 改 进" 不 仅 适 用 于 其 他 没 有 确 定 形 状 的 样 就 是 试 样 的 氧 指 数& 改 进 型 氧 指 数 仪 所 测 阻 燃 性 能 参 数 包 括 粉 体 氧 品" 如 粉 体’ 液 体’ 膏 状 样 品" 而 且 能 获 取 更 科 学 指 数!‘IW # 和 样 品 温 度!3* #? 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 收 稿 日 期" %"!%?"?!D 占 氧? 氮 气 混 合 体 积 比& 当 燃 烧 时 间 达 到J ,+- 作 者 简 介" 石 小 丽"!A@%?#! 女! 在 读 博 士! 实 验 师! 主 要 从 事 无 机 非 金 属 材 料 的 实 验 教 学 和 科 研 工 作% 时" 样 品 背 面 温 度 达 到 最 大 时 所 对 应 氧 气 含 量" 称实 验 科 学 与 技 术 %"!% 年!% 月 *!%* 为 粉 体 氧 指 数& 样 品 温 度 测 定 时" 将 温 度 传 感 器 加 热" 点 火 器 火 焰 长 度 为%"i",,% 打 开 温 度 记 ! 热 电 偶# 固 定 在 样 品 池 的 底 部" 当 样 品 点 燃 时 间 录 仪 与 计 时 器" 达 到 规 定 时 间 后 停 止 点 火" 并 同 时 结 束 后 开 始 计 时" 并 同 时 记 录 样 品 燃 烧 温 度" 实 验 开 始 记 录 燃 烧 温 度& 实 验 结 束 时" 观 察 温 度 时 间 曲 结 果 为 燃 烧 时 间? 样 品 温 度 曲 线& 线 在, 点 燃 时 间_ 燃 烧 时 间!D"O + 处 的 斜 率" 根 据 改 进 型 氧 指 数 测 定 装 置 由 氮 气 测 量 与 控 制 装 斜 率 适 当 地 调 整 氧 气 比 例" 使 斜 率 基 本 为"" 此 直 置’ 氧 气 测 量 与 控 制 装 置’ 氮 气 与 氧 气 混 合 装 置’ 线 所 对 应 的 氧 气 所 占 比 例 即 为 氧 指 数% 若 不 能 使 恰 丙 烷 点 火 器’ 燃 烧 系 统’ 样 品 温 度 与 时 间 测 量 装 置 好 在 该 点 处 斜 率 为"" 可 取 斜 率 最 接 近 的 上 下 两 条 所 构 成! 见 图!#& 其 中" 燃 烧 测 量 系 统 采 用 类 似 于 线 氧 指 数 的 平 均 值" 即 斜 率 稍 大 于" 和 稍 小 于" 的 氧 指 数 仪 的 玻 璃 烟 囱" 燃 烧 器 的 耐 热 玻 璃 烟 囱 为 筒 两 条 曲 线& 这 是 由 于 样 品 持 续 燃 烧 时" 会 不 断 地 产 状 组 合 结 构" 分 为 上’ 下 两 部 分" 上 端 的 直 径 较 生 热 量" 从 而 引 起 温 度 持 续 上 升" 则 温 度 时 间 曲 线 小’ 下 端 直 径 较 大" 中 间 为 渐 变 区 域& 筒 体 的 尺 寸 斜 率 会 大 于"% 而 燃 烧 停 止 时" 不 再 产 生 热 量" 温 基 于 筒 中 气 体 处 于 层 流 状 态" 避 免 筒 体 直 径 变 化 时 度 通 常 会 下 降" 温 度 曲 线 斜 率 会 小 于"" 所 以 可 以 流 动 状 态 的 变 化& 样 品 池 则 采 用 具 有 壁 面 绝 热 保 温 通 过 曲 线 的 斜 率 来 判 断 燃 烧 是 否 已 停 止& 圆 柱 形 容 器" 材 质 主 体 可 为 不 锈 钢’ 陶 瓷’ 玻 璃 容 J# 实 验 结 果 与 讨 论 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 图% 为 不 同 氧 含 量 条 件 下 粉 体 聚 丙 烯 燃 烧 温 度 用# 而 造 成 的 温 度 升 高" 避 免 由 样 品 池 壁 面 直 接 热 与 燃 烧 时 间 的 关 系! 引 燃 时 间J" O#& 由 此 可 见" 传 递 而 引 起 的 温 度 升 高& 引 燃 时 间 为J"O " 在 三 种 不 同 氧 含 量 条 件 下" 聚 丙 烯 燃 烧 温 度 随 着 燃 烧 时 间 增 加" 燃 烧 温 度 先 增 大" 然 后 再 减 小& 而 氧 气 含 量 为%:" 时" 背 面 温 度 最 低" 在 引 燃 后J,+- 时" 温 度 时 间 曲 线 的 斜 率 基 本 为"" 所 以 粉 体 聚 丙 烯 的‘IW 为%:" % 不 过" 固 体 聚 丙 烯 样 品 的 氧 指 数 为!D: & 两 者 完 全 不 同" 造 成 这 种 明 显 差 异 的 原 因 与 样 品 形 态 有 关" 粉 体 氧 指 数 的 样 品 表 观 体 积 大" 点 燃 时 热 损 失 大& !" %? 氮 气 和 氧 气 瓶% J" ? 氮 气 与 氧 气 流 量 计% ? 压 力 表% $? 温 度 显 示 器% @? 温 度? 时 间 记 录 仪% D? 耐 热 玻 璃 圆 筒% A? 样 品 池% !"? 不 锈 钢 圆 筒 底 座% !!? 玻 璃 微 珠 图!# 改 进 型 氧 指 数 测 试 仪 %# 改 进 型 氧 指 数 仪 的 实 验 方 法 样 品 点 火 方 式! 气 源’ 火 焰 高 度# 与 常 规 氧 指 图%# 纯 聚 丙 烯 燃 烧 温 度 与 时 间 的 关 系! 引 燃 时 间 为 J"O # 数 的 测 定 方 法 基 本 相 同& 混 合 气 体 的 总 流 量 图J 和 图 为 引 燃 时 间 分 别 为$" O 和A" O 时 !"aC,+-" 氧 气’ 氮 气 以 及 混 合 气 体 的 表 前 压 力 均 的 燃 烧 温 度 与 燃 烧 时 间 的 关 系& 由 两 图 可 见" 氧 气 为":! F‘1 左 右" 但 点 燃 时 间 可 以 为J" O ’ $" O 含 量 为%:" 时" 最 高 背 面 温 度 为 最 小" 在 引 燃 和A"O & 对 某 些 极 其 难 燃 的 样 品" 氧 指 数 值 可 以 设 后J,+- 时 温 度 时 间 曲 线 的 斜 率 基 本 为"" 即 粉 体 定 在 约D" " 点 燃 时 间 为!D"O " 同 时 测 定 样 品 燃 聚 丙 烯 的‘IW 仍 为%:" & 可 见" 引 燃 时 间 的 不 烧 温 度" 比 较 燃 烧 温 度 的 高 低" 判 断 阻 燃 性 能 的 相 对 优 劣& 同" 并 没 有 引 起 粉 体 氧 指 数 的 明 显 变 化& 相 比 较 而 测 试 时" 打 开 氧 气 瓶 和 氮 气 瓶" 将 样 品 放 入 样 言" 引 燃 时 间 为A" O 时" 背 面 温 度 曲 线 规 律 性 品 池" 通 气 一 段 时 间 后" 点 燃 点 火 器" 对 样 品 进 行 最 好&