该仪器全彩触摸屏控制,只需在触屏上设定氧浓度值,程序便会自动调节到氧浓度平衡并发出嘀的声音提示,免去了人工调节氧浓度的麻烦
氧气含量氧指数分析测定仪JF-5,也称JF-5全自动氧指数测定仪,是一类用于测定高分子材料、建筑材料、纺织品、薄膜、橡胶、纤维、层压材料、泡沫塑料等在氧氮混合气流中维持有焰燃烧所需最低氧气体积浓度的实验室分析装置。该类设备围绕极限氧指数(LOI,Limiting Oxygen Index)开展测试,结果以氧气体积百分数表示,可为材料阻燃配方研究、来料检验、生产的全部过程控制、成品出厂检测及第三方检验测试的机构的数据复现提供参考 。
JF-5型设备在设计上以GB/T 2406.2-2009《塑料 用氧指数法测定燃烧行为 第2部分:室温试验》为主线,该标准等同采用ISO 4589-2中关于室温氧指数测定的方法框架,规定了在受控温度、湿度、气流、点火和判据条件下,通过逐步调节氧浓度来确定材料临界氧浓度的程序 。
氧指数是指在规定试验条件下,试样在氧、氮混合气流中,刚好维持有焰燃烧所需的最低氧气体积浓度,以百分数表示。其简化计算公式为:LOI=V(O₂)/[V(O₂)+V(N₂)]×100%,其中V(O₂)与V(N₂)分别为氧气和氮气的体积流量 。该数值只反映材料在本试验条件下的燃烧边界,不等同于材料在真实火灾中的全部燃烧危险等级,也不能单独作为建筑消防验收、轨道车辆、船舶、电线电缆强制认证的完整判定依据;但它可作为材料阻燃性能排序、配方替换前后比对、同批次质量波动筛查的基础数据 。
当空气中氧气体积浓度约为21%时,若某材料的氧指数低于21%,在静止空气中通常被划分为容易引燃并持续燃烧的一类;若氧指数处于21%至27%区间,常表现为需要外部火源维持、离开强火源后可能缓慢自熄或续燃;若氧指数达到27%以上,多数材料在普通空气环境中较难维持长时间有焰燃烧;部分高填充、含卤、含磷、含氮或芳杂环结构材料可表现更高的临界氧浓度 。对氧气含量氧指数分析测定仪JF-5而言,其测量范围为0—100%,因此既可覆盖普通聚乙烯、聚丙烯、未阻燃棉织物等低氧指数材料,也可覆盖阻燃聚氯乙烯、阻燃聚烯烃、芳纶、预氧丝、某些玻璃纤维增强层压材料等较高氧指数试样 。
氧气含量氧指数分析测定仪JF-5与早期手动调节流量计的氧指数仪相比,主要区别之一在于其采用全彩触摸屏与步进比例阀组成的闭环控制方式。操作人员在触屏上设定目标氧浓度后,设备通过氧气路、氮气路上的步进比例阀调节各自流量,使混合气在燃烧筒内达到目标氧气体积浓度;若在测试过程中出现氧浓度漂移,系统可自动回调至设定值,减少人工反复拧阀带来的波动 。
这种自动控制并不改变GB/T 2406.2-2009所规定的升降法逻辑。所谓升降法,是先根据试样在空气中燃烧的大致表现预估一个初始氧浓度;点燃试样顶端后,以燃烧长度是不是达到50mm或燃烧时间是不是达到180s作为判据,判定本次为“燃烧”或“不燃烧”;随后按标准步长上调或下调氧浓度,接着来进行下一根试样测试,直到得到若干组高低交替的有效响应,再按标准中的计算方式得到极限氧指数 。JF-5的作用是将氧浓度配比、稳定、提示、计时、存储、查询这些过程电子化、记录化,以此来降低人为读表与手动换算的误差来源。
氧气含量氧指数分析测定仪JF-5的燃烧部分由石英玻璃燃烧筒、气体分配结构、试样夹持位、点火入口及排气口组成。公开技术资料显示,该型号石英玻璃筒可设定两种常用型号规格,内径不小于75mm或85mm;燃烧筒内气体流速维持在40mm±2mm/s 。该流速对应于内径75mm燃烧筒时,总体积流量约为10L/min;当筒径为85mm时,为维持相同线速度,总流量会相应提高,因此JF-5的参数中流量调节范围覆盖0—20L/min(0—1200L/h),以适应不一样筒径与不同试样所需的混合气供给 。
燃烧筒底部通常设有多孔板、金属网、玻璃珠层或类似气体分配件。玻璃珠层的作用不是参与反应,而是让从底部进入的氧气和氮气在经过填料层后,减少射流、偏流和局部紊流,使上升气流在试样周围尽可能均匀。若分配结构被炭黑、熔滴、灰分或硅油状残留堵塞,同一设定流量下的实际线速度会发生偏移,进而影响临界氧浓度的复现性 。
JF-5配备两类试样夹。自撑材料试样夹可将硬质塑料、橡胶片、层压板、防火门芯材、玻璃纤维增强板等具有一定刚度的试样固定在燃烧筒轴心位置,使试样长轴与气流方向平行、顶端处于规定点燃区 。非自撑材料试样夹为框架结构,用于将薄膜、薄织物、软片、涂层布、针织物等不能自立的材料的两个垂直边同时固定在框架上,再整体置于燃烧筒中心;该夹具备为选配,适用于纺织品等柔软不可自撑材料 。
需要注意,自撑试样与非自撑试样即便来自同一材料体系,因夹持方式、受热面积、气流绕流、熔滴承接状态不同,所得氧指数也不一定直接比较。报告中应注明试样类型、厚度、层数、是否叠合、是否使用框架以及点火方式,避免把不同几何状态下的数据混为一个材料常数 。
氧气含量氧指数分析测定仪JF-5采用丙烷或丁烷点火系统。点火嘴由一根金属管制成,尾端喷嘴内径为Φ2±1mm,金属管可自由弯曲,以便从燃烧筒顶部插入并靠近试样顶端 。标准试验中常用火焰长度为16±4mm;设备同时支持5mm—60mm范围调节,以满足多种试样顶端点燃或扩散点燃的操作需要 。
对自撑条状试样,多采用顶端点燃法:点火火焰接触试样顶端一段时间后撤离,观察火焰是否沿试样向下蔓延至50mm标线s。对薄膜、薄织物、泡沫及易收缩材料,可采用扩散点燃法或在框架标线上观察火焰前锋是否越过规定位置。同一批材料对比试验、同一供应商不同批次验收、同一配方不同填料用量筛选时,点燃方法、点火时间、火焰长度、撤离动作应保持一致,否则会引入额外离散 。
氧气含量氧指数分析测定仪JF-5的试样夹可用于软质和硬质塑料、各类建筑材料、纺织品、防火门等相关材料,因此其适用对象不限于单一高分子品类 。
在塑料与改性塑料行业,可用于聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS、聚碳酸酯、聚酰胺及其阻燃改性料的氧指数初筛。通过在同一基体中加入氢氧化铝、氢氧化镁、红磷、膨胀石墨、溴系、磷氮系或协效阻燃剂,观察LOI变化,可辅助判断阻燃体系是不是起作用以及添加量是不是达到预期区间 。
在橡胶行业,可用于输送带覆盖胶、电线电缆护套橡皮、密封条、轨交车辆橡胶件、矿用阻燃橡胶制品的燃烧边界测试。橡胶材料燃烧时常伴随软化、鼓泡、发烟、熔滴、炭层形成等现象,氧指数测试中应记录这些现象,而不能只报一个LOI数字 。
在纤维与纺织行业,可用于涤纶、锦纶、丙纶、腈纶、维纶、棉、麻、粘胶、芳纶、聚酰亚胺纤维、预氧丝及阻燃后整理织物的比对。普通棉、麻、粘胶、丙纶等常处于较低氧指数区间;经耐久阻燃整理的涤纶、芳纶、改性腈纶、PPS纤维等可进入较高氧指数区间,但具体数值仍取决于克重、组织架构、涂层、层压和洗涤次数 。
在建筑材料与防火门填充材料方向,硬质聚氨酯硬质泡沫、酚醛泡沫、阻燃密度板切片、矿棉复合层、防火封堵板材等也可借助JF-5做燃烧性能初筛,但最终用于消防合规评价时,还应结合单体燃烧、烟密度、毒性气体、垂直燃烧或成束燃烧等更多项目 。
GB/T 2406.2-2009及有关的资料中,对自撑材料推荐了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型等试样尺寸,常见条状试样长度80mm—150mm、宽度10mm±0.5mm、厚度4mm±0.25mm;泡沫材料可依据密度选用较厚试样;试样厚度一般不超过10.5mm,超过该厚度应按标准方法减薄或另作说明 。
试样表面应平整、无毛刺、无气泡、无缺胶、无分层、无严重机械损伤,也不应有过量脱模剂、油污或粉尘。裁切模塑件、板材、橡胶片、层压板时,应尽可能保持切口垂直,避免圆角过大或崩边改变有效燃烧断面。
状态调节方面,多数塑料、橡胶、纤维及其复合材料在试验前应在23℃±2℃、相对湿度50%±10%或50%±5%环境中调节不少于24h,部分难引燃、吸湿性强或内应力较大的材料可调节88h以上 。若试样从低温仓库取出后立即试验,表面结露或内部应力未释放,会使初次点燃状态和临界氧浓度出现偏移。
氧气含量氧指数分析测定仪JF-5使用工业用氧气和氮气作为气源,纯度应大于99%;由于氧气、氮气属于高压气体且在运输、储存上有安全要求,设备资料中通常注明气源和连接头由用户在当地正规气站购买,不作为仪器随机常规配件 。
该型号对供气压力有明确要求:输入压力为0.25—0.3MPa;氧气工作所承受的压力与氮气工作所承受的压力均为0.15—0.20MPa 。压力过低会导致流量达不到目标氧浓度所需体积比,压力过高则可能冲乱燃烧筒内气流或加速阀件磨损。连接前应使用检漏液对氧气、氮气接口、软管卡箍、减压阀根部进行泄漏检查;若氧氮任意一路存在慢漏,混合气实际氧浓度会低于或高于显示值,使LOI结果系统性偏离。
正式测试前,操作人员应在触摸屏上完成燃烧筒直径选择、目标氧浓度输入、是否燃烧50mm判据选择、计时使能、历史数据清空或新建批次等设置。JF-5支持标准氧浓度输入、一键配比浓度、氧浓度稳定后报警提示,这些功能用于减少人工盯表与手算环节 。
在首次通气后,不要立即点燃试样,应先让混合气以设定流量通过燃烧筒30s以上,使筒内空气被充分置换、氧传感器读数稳定。若屏幕氧浓度与目标设定值长期不符,应检查气路接反、气瓶压力不足、比例阀卡滞、流量计浮子挂壁、传感器老化或混合室未排净空气等因素 。
以未知聚丙烯阻燃料为例,可先设初始氧浓度25%。若该浓度下试样点燃后能烧过50mm标线s以上,记为“O”或“燃烧”;随后降低0.5%或1.0%步长继续;若在某浓度下点燃后10s内熄灭且未达50mm,记为“X”或“不燃烧”,再上调步长。接近临界区后,按标准将步长收窄至0.2%或0.5%,取得连续高低交替序列后计算LOI 。
对燃烧过程中的余焰、余辉、熔滴、炭化长度、烟雾颜色、是否引燃框架下方脱脂棉等,也应写入原始记录。某些橡胶和泡沫虽未烧过50mm,但会产生持续阴燃或大量熔滴;另一些织物虽在180s内自熄,但表面已严重炭化、收缩、穿孔。这些现象不改变LOI的计算,但对材料实际使用风险评价有补充意义 。
JF-5具备实验数据存储、历史数据查询、历史数据清除功能,可将设定氧浓度、稳定氧浓度、每根试样响应、计时结果、批次编号等信息留存 。这对实验室溯源较有帮助:当某批次结果异常时,可回溯是否为某一时间段氧传感器漂移、气瓶临近用完压力下跌、环境湿度突变或操作人员更换夹具所致。
试验报告建议至少包含:样品名称、批号、材质或胶种/纤维类别、试样类型、尺寸、厚度、层数、方向、状态调节条件;采用标准;初始氧浓度、步长、有效试样数;每根响应序列或汇总表;最终LOI值及修约位数;燃烧中非正常现象;与标准方法偏离之处。若仅写“JF-5测得LOI=28.6%”,而未附试样条件和判据,则该数据在跨实验室复现时参考价值有限 。
氧气含量氧指数分析测定仪JF-5的核心测量元件为进口氧传感器,数字显示氧气浓度,分辨率±0.1%,测量精度0.1级 。氧传感器在长期接触高浓度氧、燃烧烟气、水分、酸性气体后会老化,因此设备设置氧传感器故障提示、氧传感器老化提示、气源故障提示、氧气氮气错接提示等功能,用于提醒维护而非替代定期校准 。
实验室可建立三级核查:日常点检检查触屏、流量计浮子、压力表回零、点火火焰、燃烧筒清洁度;月度核查用已知LOI的参比聚丙烯、聚酯或聚酰胺试样复测;年度校准委托计量机构对压力、流量、时间、氧浓度显示、几何尺寸进行确认。若参比试样连续两次偏离其认定区间,应暂停使用并更换传感器或检修比例阀后再恢复试验 。
每次试验结束后,应先关闭点火气源,再关闭氧气、氮气钢瓶出口阀,放空管路残余压力,最后关闭主机电源。燃烧筒冷却后,用软布、毛刷或合适溶剂清除内壁炭黑、熔滴和灰分;石英玻璃不要用硬金属刮刀清理,以免划伤影响观察透明度 。
混合室入口过滤器、玻璃珠层、金属网、出气板应按污染程度清洗或更换。若长期测试含卤橡胶、阻燃PVC、涂层布,燃烧产物中含HCl、HBr、SOx等,会在过滤器与传感器保护罩处累积,造成响应变慢。非自撑框架、自撑夹具、尖头试样夹也应按时进行检查是否变形,夹具若不能够确保试样垂直居中,会使火焰前锋与标线关系失真 。
氧气含量氧指数分析测定仪JF-5最大使用功率为150W,电源要求AC220(+10%)V、50Hz,整机外观尺寸约650mm×400mm×830mm 。设备应置于通风橱、防火实验台或局部排风区域内,周围无易燃物堆积,配备二氧化碳或干粉灭火器材;禁止在设备旁存放油类、酒精、溶剂棉纱等引火物。
操作人员应佩戴耐热手套、护目镜,长发束起,避免点火或试样爆裂时烫伤。氧气瓶应远离油脂、有机物、热源和明火,减压阀不得沾油;氮气大量泄漏会造成局部缺氧,因此气瓶间或试验室宜有气体泄漏报警和良好换气。试验后废样、炭渣、熔滴块应按实验室固废管理收集,不倒入水槽或普通垃圾桶 。
若同一材料重复测试结果离散偏大,先检查试样厚度、密度、方向是否一致,再检查燃烧筒是否清洁、气流是否稳定、氧传感器近期是否校准。若屏幕氧浓度始终低于设定值且比例阀有动作声,多为氧气瓶压力不足、氧气路堵塞或氧传感器老化;若始终高于设定值,应排查氮气路是否堵塞、氮气瓶是否空瓶或错接 。
若试样未到50mm即滴落并引燃下方托棉,应记录滴落温度和滴落位置,不宜简单判为“燃烧通过”。若非自撑薄膜在框架中严重卷曲、收缩、脱离标线区,应更换框架张力或重新裁剪试样,并在报告中注明燃烧形态。若触屏提示“氧传感器故障”,不应继续出正式报告数据,应先做零点与跨度检查或更换备件 。
JF-5所附PDF及公开资料中,主线为室温氧指数测试;GB/T 2406系列还包括高温氧指数等内容,ISO 4589亦分为多部分覆盖不一样的温度条件 。若橡胶密封条、电缆护套、车内饰、隧道风管等产品在高于室温环境中经常使用,仅以23℃左右测得的LOI评价其服役燃烧风险会有局限。
因此,氧气含量氧指数分析测定仪JF-5所得室温LOI,适合作为材料数据库中“常温临界氧浓度”的一条基础记录;当产品进入建筑、轨道、船舶、电力、矿用等场景时,再叠加垂直燃烧、水平燃烧、烟密度、毒性气体、锥形量热热释放速率、成束燃烧等项目,形成更完整的燃烧性能档案 。
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1.采用进口氧传感器,数字显示氧气浓度无需计算,精度更高更准确,范围0—100%
28.丙烷(丁烷)点火系统,点火嘴为一根金属管制成,尾端有内径Φ2±1mm的喷嘴,可自由弯曲。能插入燃烧筒内点燃试样,火焰长度:16±4mm,大小5mm-60mm可自由调节
29.气体:工业用氮气、氧气,纯度99%;(注:气源和链接头用户自备)
33.非自撑材料试样夹:能将试样的两个垂直边同时固定在框架上(选配/应用于纺织品等柔软不可自撑材料)
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