保温材料阻燃检测的临界氧指数值测定技术要点

临界氧指数（LOI）是衡量材料阻燃性能的核心指标之一，指材料在规定试验条件下维持燃烧所需的最低氧气浓度（以体积分数计）。对于建筑保温材料而言，LOI直接反映其抵御火焰传播的能力——LOI值越高，材料越难燃烧。准确测定保温材料的LOI，是保障建筑消防安全、满足国家防火标准（如GB 8624《建筑材料及制品燃烧性能分级》）的关键环节。本文围绕LOI测定的技术要点展开，从样品制备、环境控制到结果计算，系统解析影响测定准确性的关键因素。

样品制备的规范性要求

样品的尺寸与形状是LOI测定的基础参数。根据GB/T 2406-2009《塑料 用氧指数法测定燃烧行为 第1部分：导则》，保温材料常用的试样为长100mm、宽10mm、厚4mm的矩形样条（部分泡沫材料可调整厚度至10mm，但需保证试样均匀）。需注意，试样的长度方向应与材料的成型方向一致（如保温板的压延方向），避免因材料各向异性导致燃烧性能差异——例如EPS板的发泡方向与横向的LOI可能相差1%-2%。

样品的预处理直接影响结果的真实性。保温材料多为多孔或亲水性材料（如岩棉、玻璃棉），易吸收空气中的水分。试验前需将样品置于50±5℃的干燥箱中干燥24小时（或至恒重），去除游离水分——若未干燥，燃烧时水分蒸发会吸收热量，暂时抑制火焰传播，导致LOI测定值虚高（例如吸潮的岩棉LOI可能从30%升至32%以上，但这并非材料本身的阻燃性能）。

样品的表面状态需保持平整。若试样表面有毛刺、裂纹或气泡，会改变火焰传播的路径：毛刺会增加燃烧的表面积，加速氧气接触；裂纹则可能导致火焰沿缝隙快速蔓延，使燃烧长度异常增长。因此，制备好的试样需用砂纸轻轻打磨边缘，去除尖锐部分，确保表面光滑一致。

样品的代表性不容忽视。对于批量生产的保温材料，应从同一批次的不同部位（如板的中心、边缘）选取至少5个试样，避免因材料均匀性差导致结果偏差——例如PU泡沫板的边缘因发泡不完全，密度较高，LOI可能比中心部分高2%-3%，若仅取边缘样品，会高估整体阻燃性能。

试验环境的精准控制

温度是影响LOI测定的关键环境因素。试验环境温度需控制在23±2℃：温度过高（如30℃以上）会加快氧气的扩散速度，使试样表面的氧气供应更充足，燃烧更容易维持，导致LOI测定值偏低；温度过低（如15℃以下）则会降低材料的热分解速率，抑制燃烧，使LOI值偏高。例如，同一EPS试样在25℃时LOI为18.5%，在18℃时可能升至19.2%。

相对湿度需维持在50±10%RH。高湿度环境下，保温材料会再次吸潮（即使已预处理），尤其是纤维类材料（如岩棉），吸潮速度快。若湿度超过60%RH，试样的含水量增加，燃烧时水分蒸发吸热，会延迟火焰传播，导致LOI值虚高；若湿度低于40%RH，试样可能因过度干燥而变得更易燃（如PU泡沫的表面易产生静电，加速火焰蔓延）。

大气压的修正不可忽视。标准试验条件的大气压为101.3kPa，若试验地点的大气压偏离此值（如高原地区），需对氧浓度进行修正。修正公式为：LOI修正值=LOI测定值×（实际大气压/101.3）。例如，在大气压为80kPa的高原地区，测定的LOI为20%，修正后应为20%×（80/101.3）≈15.8%——若未修正，会严重高估材料的阻燃性能。

试验环境需保持无风。若试验区域有空气流动（如风扇、门窗开启），会破坏试样周围的氧氮混合气体氛围：流动空气会带入额外的氧气，加速燃烧；或吹散试样附近的热气流，降低材料表面温度，抑制燃烧。因此，试验应在密闭的环境舱中进行，舱内风速≤0.2m/s。

氧浓度调节的科学方法

初始氧浓度的选择需基于材料的预计阻燃性能。保温材料的LOI范围较广：有机保温材料（EPS、PU）的LOI多在18%-22%，无机保温材料（岩棉、玻璃棉）的LOI多在30%以上，复合保温材料（如EPS板外贴岩棉）的LOI则介于两者之间。初始氧浓度可设定为预计值±2%——例如预计EPS的LOI为19%，初始氧浓度可设为21%，若试样燃烧时间超过3分钟，则降低氧浓度至19%，逐步逼近临界值。

氧浓度的调节需采用“升降法”。当试样在某一氧浓度下燃烧时，若燃烧时间≥3分钟且燃烧长度≥50mm（或达到标准规定的终止条件），说明当前氧浓度过高，需降低氧浓度（步长为0.5%-1%）；若燃烧时间<3分钟且燃烧长度<50mm，则说明氧浓度过低，需升高氧浓度。例如，试样在20%氧浓度下燃烧4分钟，应将氧浓度降至19.5%，再次试验；若在19.5%氧浓度下燃烧2分钟，则升高至19.8%，直至找到临界氧浓度。

混合气体的流量需稳定。氧氮混合气体的总流量应控制在10±1L/min（GB/T 2406-2009要求）。流量过大，会带走试样表面的热量，抑制燃烧；流量过小，则氧气供应不足，无法维持稳定燃烧。例如，流量为8L/min时，EPS试样的燃烧时间可能从3分钟缩短至2分钟，导致LOI测定值偏高；流量为12L/min时，燃烧时间可能延长至4分钟，导致LOI值偏低。

气体的纯度需符合要求。氧气纯度应≥99.5%，氮气纯度≥99.9%——若氧气中含有二氧化碳或水分，会降低有效氧浓度；氮气中含有氧气，则会提高混合气体的实际氧浓度。例如，氧气纯度为98%时，混合气体的实际氧浓度比设定值低1%，导致LOI测定值虚高（如设定20%氧浓度，实际仅19%，但试验结果显示试样在20%下燃烧，会误判为LOI=20%，而实际应为19%）。

燃烧判定的标准执行

燃烧判定的核心是明确“维持燃烧”的定义。根据GB/T 2406-2009，对于保温材料试样，“维持燃烧”的判定条件为：燃烧时间≥3分钟，或燃烧长度≥50mm（试样长度为100mm时）。需注意，两个条件满足其一即可——例如，试样燃烧2分钟但燃烧长度达到60mm，说明当前氧浓度过高，需降低；若燃烧4分钟但燃烧长度仅40mm，同样需降低氧浓度。

点火方式需严格遵循标准。保温材料的点火方式分为“顶端点火”和“表面点火”：有机泡沫材料（EPS、PU）易熔滴，通常采用顶端点火（火焰从试样顶端接触，持续30秒）；无机纤维材料（岩棉、玻璃棉）不易熔滴，可采用表面点火（火焰从试样侧面接触，持续10秒）。不同点火方式的结果差异显著：例如，EPS试样用顶端点火的LOI为19%，用表面点火的LOI可能降至17%——因为表面点火直接加热材料表面，更易引发燃烧。

燃烧过程的观察需细致。试验中需记录火焰的传播速度、熔滴情况及燃烧产物的状态：若试样燃烧时产生大量熔滴（如EPS），熔滴若滴落到试样夹或环境舱底部，可能引发二次燃烧，干扰判定——此时需用不锈钢接盘接住熔滴，避免其影响后续试验。若熔滴持续燃烧超过10秒，说明当前氧浓度过高，需降低。

终止燃烧的条件需明确。当试样的火焰熄灭后，需等待10秒，确认无复燃现象——若复燃，说明材料的热分解产物仍在持续释放，氧气浓度仍足以维持燃烧，需继续观察。例如，PU试样在19%氧浓度下燃烧2分钟后熄灭，但15秒后复燃，说明当前氧浓度仍过高，需降低至18.5%再次试验。

结果计算的严谨性要点

有效试样的数量需满足要求。根据GB/T 2406-2009，至少需完成5个有效试样的试验——有效试样指燃烧过程符合判定标准、无外部干扰（如熔滴引发二次燃烧）的试样。若某试样因操作失误（如点火时间过长）导致结果异常，需重新测试，确保有效试样数量充足。

临界氧浓度的计算需采用“平均值法”。将5个有效试样的临界氧浓度取算术平均值，即为材料的LOI值。例如，5个试样的临界氧浓度分别为19.0%、18.8%、19.2%、18.9%、19.1%，平均值为19.0%。需注意，若单个试样的结果与平均值偏差超过1%，需重新测试该试样——例如，某试样的临界氧浓度为20.5%，远高于平均值19.0%，可能是样品制备时混入了杂质，需更换试样。

结果的修约需符合标准。LOI值的修约精度为0.1%——例如，计算结果为19.05%，修约为19.1%；结果为18.94%，修约为18.9%。不可随意扩大修约范围（如修约至整数），否则会掩盖材料的真实阻燃性能差异——例如，19.1%与18.9%的差异虽小，但对于有机保温材料而言，可能意味着是否满足GB 8624中B2级的要求（B2级材料的LOI需≥18%）。

结果的表述需包含试验条件。报告中需明确注明样品的预处理条件（干燥温度、时间）、试验环境（温度、湿度）、点火方式及气体流量——例如，“EPS保温板的LOI为19.0%（50℃干燥24小时，23℃/50%RH，顶端点火，流量10L/min）”。这样可确保结果的可重复性，便于不同实验室的比对。

常见干扰因素的识别与排除

材料的不均匀性是最常见的干扰因素。有机保温材料（如EPS）的发泡率差异会导致密度不均，密度高的部位LOI更高——例如，EPS板的密度从18kg/m³增至25kg/m³，LOI可能从18%升至20%。排除方法：制备试样时选取密度一致的部位（用密度计测量，偏差≤1kg/m³），或对试样进行密度校准，将LOI结果修正为标准密度下的值。

试验设备的误差需定期校准。氧浓度分析仪、气体流量计及温度湿度计需每6个月校准一次：氧浓度分析仪若未校准，可能显示值与实际值偏差1%以上（例如实际氧浓度为19%，显示为20%）；气体流量计若堵塞，流量会降至8L/min以下，导致LOI值偏高。校准方法：用标准气体（如20%氧+80%氮）校准氧浓度分析仪，用皂膜流量计校准气体流量。

操作人员的技能差异需控制。不同操作人员的点火时间、观察角度及判定标准可能不同：例如，新手可能点火时间过长（超过30秒），导致试样过度加热，LOI值偏低；或对燃烧长度的测量误差（如将52mm误读为48mm）。排除方法：对操作人员进行培训，统一操作流程，采用视频监控记录试验过程，便于后续复核。

燃烧产物的积累需及时清理。试验舱内的燃烧产物（如炭黑、烟雾）会吸附在舱壁上，影响氧气的扩散——若连续试验10次后未清理，舱内的氧气浓度可能降低0.5%，导致后续试样的LOI值偏高。清理方法：试验后用酒精擦拭舱壁，开启通风系统30分钟，确保舱内空气清新。