理论上极限氧指数测定的探讨

故事

8 z: C' U$ e' Z( l/ h6 g( Y　　塑料的极限氧指数（LOI）定义为在规定的条件下，试样在氮、氧混合气体中，维持平衡燃烧的最低氧浓度（体积百分含量）。
3 ^& h0 y6 f$ j" Q4 D, d
: f8 S4 W, F; S5 ^, P# h  M5 W) y　　LOI 测定是由美国人 1966 年提出，并在 1970 年制订了第一个 LOI 测定标准，即ASTMD2863-1970。其后许多国家都制定了相关的标准。如日本的 HSK7201-1976、英国的BS2782.1/141-1978 、 前苏联的 TOCT21793-76 、 国 际 标 准 化 组 织 的 ISO4589-1984 及ISO4589-1981、国际电工委员会的IEC1144-1992、中国的 GB2406-80 及 GB/T2406-93 等。GB/T2406-93 参照 ISO4589-1984 的技术条件，适用于均质固体材料、层压材料、泡沫材料、软片和薄膜材料等。

! n9 \& p0 B6 Z. B8 d$ ~3 \　　聚合物的氧指数与其燃烧时的成炭率、比燃烧焓及元素组成等因素有关，可按下述诸术计算：

　　1. 按成炭率计算

　　1974 年 P.W.Wan Krevelen 在大量试验基础上，提出了不含卤高聚物 LOI 与成炭率的下述线性关系： LOI=（17.5+0.4CR）/100
4 t1 c+ K8 D9 E8 U) J, e: k8 n9 Y
　　式中 CR——高聚物加热至 85℃时的成炭率（%）

　　高聚物的 CR 值具有基团加和性，是分子中各基团对成炭率贡献的总和，如下式所示：

7 e- ?/ i' q$ z: U　　CR=λ∑（CFT）i×1200/M
+ t* ?9 ^0 b+ U: l1 g  C+ v
* k8 C% ^) f' [3 P　　式中 M——高聚物结构单元的摩尔质量（g/mol）
6 ~) M0 Q1 c9 ~6 a: c$ I" M8 m) I
3 z$ w1 o- V' L/ {9 B+ e　　CFT——每摩尔结构单元的成炭量与碳的摩尔质量（12g/mol）之比，即每摩尔结构单元的成炭量中所含碳物质的量
7 L. X. M7 |0 Z- k$ U0 Q' p& O$ s
　　高聚物中的不同基团的 CFT 值可在专门的手册中查得。

: ]  d$ k2 F2 ~! H9 o　　2.按比燃烧焓计算

　　很多高聚物的燃烧焓、氧化焓及起始分解温度与它们的 LOI 间存在一定的对应关系，特别是一些高聚物的 LOI 的倒数与它们的燃烧焓/氧化焓比值之间具有较好的线性关系。LOI 可按下式计算：

　　LOI=-8×103/△ghb=-8×103M/△mHb（1 式）

　　式中△ghb——高聚物比燃烧焓（J/g）
4 j* `1 U* m' t
. Q' `1 n/ m! ~7 I　　△mHb——高聚物结构单元的摩尔燃烧焓（J/mol）

　　M——高聚物结构单元的摩尔质量（g/mol）

& \1 }) ~- q9 k3 k　　但上式对 C/O 或 C/N 物质的量之比小于 6 的高聚物不适用
- }5 ?. G$ K6 a. I  {6 p
　　△mHb可根据完全燃烧产物（CO2和 H2O）的生成焓及被燃烧高聚物的生成焓求的，也可根据高聚物完全燃烧需氧量按下式计算。

　　△mHb=-4.35×105mo（2 式）

$ v  u5 {" x$ e- W+ C/ E9 r　　式中 mo——高聚物结构单元完全燃烧需氧量（mol/mol）

/ s7 m: W# O& _; r　　合并 1 式和 2 式得：LOI=1.84×10-2M/m

　　注：△ghb值越小（即燃烧时放出的热量越大）或 mo值越大的高聚物，其 LOI 值越低。

& }/ D9 m, Q9 x6 `& w& E- n　　3.按元素组成计算

　　一般说来，高聚物中的氧含量降低和卤素含量增高，可提高材料的 LOI。

　　高聚物中起重要作用的还是组成中各元素的相对含量。如 H/C、F/C、Cl/C 等的物质的量比，较小的 H/C 值和较大的 F/C 和 Cl/C 值（即按小的 CP 值），可赋予物质较大的 LOI。

　　对大多数高聚物来说，可用下式计算其 LOI 值：

8 U2 ~) v/ q$ `. m# y　　CP≥1 时，LOI≈0.175、CP≤1 时，LOI≈0.60～0.425

7 x6 a0 b& b, ?　　CP 值可按下式计算：
6 v# g' W: t" M) ~* K  {6 v                                    更多资料
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