一、实验目的

掌握聚合物基复合材料的耐燃烧性能，了解其测定原理、评价方法等。

二、实验内容

1、原理

随着聚合物基复合材料用途的日益扩大，对其耐燃烧性要求显得日益重要，一般通过改变结构、改性、复合等手段改善和提高复合材料的耐燃烧性。测试纤维增强塑料的耐燃烧性有间接火焰法、直接火焰法、氧指数法等。这些方法可用于产品质量控制和评价，但不适用于实际使用时评定潜在的着火危险性。

间接火焰法一般用于硬质塑料、纤维增强塑料的试验。引燃源采用由电加热的灼烧硅碳棒（GB2047-80）。

直接火焰法一般适用于软质塑料（泡沫塑料、塑料薄片、薄膜），这类方法中又可根据试样放置位置不同分为水平法、垂直法和45°法等。这类方法的引燃源均采用明火，因此点燃温度要比间接火焰法低一些（GB2408-80，GB4609-84）。

氧指数法是测定塑料、增强塑料材料试样在氧气和氮气比例受控的气氛环境中能被点燃的最低氧气比例浓度（GB2406-80）。

本试验主要采用氧指数法。

2、实验方法要点

氧指数是指在指定条件下，试样在氧、氮混合气流中，维持平稳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。该方法适用于在常温测定夹住下端能直立的塑料试样的氧指数。

(1) 试样：(70~150)mm ′ (30±0.5)mm ′ (6.5±0.5)mm，每组5~10个，表面平整光滑，无气泡、飞边、毛刺等缺陷。

(2) 试验装置。氧指数仪如图36-1所示。由下列各部分组成：

燃烧筒：内径为75~80mm、高度为450mm的耐热玻璃管。底部用直径为3~5mm玻璃珠充填，充填高度为100mm。在玻璃珠上方放置一金属网以遮挡试样燃烧时的滴落物。

试样夹：在燃烧筒轴心位置上垂直夹住试样的构件。

流量测量和控制系统：由压力表、稳压阀、调节阀、管路和转子流量计（最小刻度相当于0.1L/min）组成。计量后的氧、氮气体，经气体混合器后由燃烧筒底部的进气口进入燃烧筒。

气源：用工业级氧气和氮气。

点火器：有一内径为1~3mm的喷嘴，可通过可燃气体。当喷嘴向上时，其火焰高度为6~25mm，并能从燃烧筒上方伸入以点燃试样。

3、实验步骤

在试样的宽面上距点火端50mm处划一标线。然后将试样垂直装在试样夹上。试样上端至筒顶距离不小于100mm。

根据经验或试样在空气中点燃的情况，估计开始试验时的氧浓度值。对于在空气中迅速燃烧的估计为18%以下；对于在空气中着火的估计为25%以上。

调节流量阀门使流入燃烧筒的氧、氮混合气体达到要求的氧浓度。并保证燃烧筒中气体的流动速度为4±1cm/s。

图36-1 氧指数试验装置示意图

1-燃烧筒；2-试样夹；3-点火器；4-金属网；5-放玻璃珠的筒；6-底座；7-三通；8-气体混合器；9-压力表；10-稳压阀；11-转子流量计；12-调节阀；13-试样

让调节好的气体流动30s，以清洗燃烧筒。然后用点火器点燃试样的顶部，在确认试样顶部全部着火后，移去点火器，立即开始计时。在试样燃烧过程中不得改变流量和氧浓度值。

操作：1）试样的燃烧时间超过3min或火焰前沿超过标线时，就降低氧浓度，再取新试样试验；2）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，再取新试样试验。如此反复直到1）、2）所得氧浓度之差不大于0.5%时，即可由该时1）的氧浓度计算材料的氧指数。

按上述要求进行三次试验。

4、结果计算   

氧指数OI计算公式如下：            （1）

式中： [O₂]—氧气流量，L/min；

[N₂]—氮气流量，L/min。

有些材料由于有结炭、溶滴等现象，应材料数理统计方法根据试验数据用下式计算：

                       （2）

                （3）

式中： C— 最低氧浓度；

d—氧浓度的试验级差；

S—标准误差；

N—试验中试样连续燃烧大于和小于3min（或50mm）的总次数中较小的数；

C₀—N次中的最低一级的氧浓度值

式中   n_i—为计算的N中，在每一级的个数；

       i—为N中由低到高每一级的序号。

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