极限氧指数

极限氧指数（英语：Limiting oxygen index；LOI），或极限氧浓度^[1]、LOI值；亦有称最小氧浓度^[2]（英语：Limiting Oxygen Concentration；LOC），是能够支持聚合物燃烧的氧气的最小浓度，其以氧气的体积百分比表示^[3]。其数值是通过在燃烧中的试样所处的空间中，调整氧气和氮气的混合物比例，并不断降低氧气水平直至达到临界水平来测量^[4]。^[5]用于表征用小蜡烛状扩散火焰点燃的材料的可燃性趋势。

不同塑料的极限氧指数值是通过标准化测试确定的；例如，ISO 4589和ASTM D2863^[6]^[3]。极限氧指数大于大气中的氧气浓度，是阻燃材料的标准之一^[4]。而指数大于大气中氧气浓度（21%）的材料，亦可称为阻燃材料^[7]；但通常为保证安全，会使用27%作为标准^[8]。

极限氧浓度还取决于样品的周围温度。随著周围温度的升高，燃烧所需的氧气百分比会逐渐降低。在环境温度和高温下测试塑料和电缆材料的极限氧浓度^[1]，可以了解在实际火灾条件下的氧气需求，以及蜡烛状扩散火焰点燃的材料的可燃性趋势^[9]。

极限氧指数随著压力、温度，以及加入的惰性（可燃性及助燃性）气体的种类所影响^[2]。

计算方法

其计算方法为“爆炸下限乘以氧气摩尔数”。用算式表达为^[2]：

极限氧指数（%）

=

爆炸下限（%）

\times

氧气摩尔数（mol）

亦可以表示为^[10]：

n={{100\times O_{2}} \over {O_{2}+N_{2}}}\times \%

意义

材料LOI值超过21%，说明该材料具有耐燃性能，其LOI值越高表示其耐燃性能越好^[11]。极限氧指数表示物质燃烧的难易程度，其值愈高表示愈难燃。而极限氧指数达27%以上，则表示难燃。^[8]

测试

方法

在ISO 4589或ASTM D 2863-70的标准条件下进行的极限氧指数测试，需要将尺寸为80×10×4mm的样品垂直放置在玻璃烟橱的中心位置^[9]。测试包括在含有不同氧浓度的环境中对样品进行火焰点火，而后找到样品烛式火焰燃烧的极限氧浓度^[3]，以及小蜡烛状扩散火焰点燃的材料的可燃性趋势^[9]。

意义

聚合物材料的LOI值越高，其火焰提供的热通量越低，并且耐燃性越高。LOI测试易于实施，并有较高的重复性。但是，由于测试通常在室温下进行，所以不能再现真实火灾的环境。因此，测试主要用于比较聚合物和复合材料的相对可燃性及等级。^[3]^[10]

材料的极限氧指数

各类气体或蒸气

测试气体或蒸气	气体或蒸气的结构简式	加入氮气（ ${\ce {N2}}$ ）的极限氧浓度	加入二氧化碳（ ${\ce {CO2}}$ ）的极限氧浓度
氢气	${\ce {H2}}$	5	5.2
甲烷	${\ce {CH4}}$	12	14.5
乙烷	${\ce {CH3CH3}}$	11	13.5
丙烷	${\ce {CH3CH2CH3}}$	11.5	14.5
正丁烷	${\ce {CH3CH2CH2CH3}}$	12	14.5
异丁烷	${\ce {CH3CH(CH3)2}}$	12	15

聚合物或复合物料

测试物质	加入氮气（ ${\ce {N2}}$ ）的极限氧浓度
PMMA （俗称有机玻璃）	17.3
聚乙烯	17.4
聚丙烯	17.4
聚苯乙烯	17.8
胶合板	23.0
尼龙66	24-29
聚碳酸酯	25-44
涤纶（GRP）	21-43
酚醛	26-64
PVC（未增塑）	45-49
PTFE	95
纯木材	20.5-24.6

其他条目

参考文献

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[11] 张铭坤&林佳颖&林学昌. 乙烯醋酸乙烯酯/蒙脫土奈米複合材料熱穩定性及耐燃性質之研究 (PDF). 燃烧季刊. [2019-01-11]. （原始内容存档 (PDF)于2019-01-11）.

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