極限氧指數

極限氧指數（英語：Limiting oxygen index；LOI），或極限氧濃度^[1]、LOI值；亦有稱最小氧濃度^[2]（英語：Limiting Oxygen Concentration；LOC），是能夠支持聚合物燃燒的氧氣的最小濃度，其以氧氣的體積百分比表示^[3]。其數值是通過在燃燒中的試樣所處的空間中，調整氧氣和氮氣的混合物比例，並不斷降低氧氣水平直至達到臨界水平來測量^[4]。^[5]用於表徵用小蠟燭狀擴散火焰點燃的材料的可燃性趨勢。

不同塑料的極限氧指數值是通過標準化測試確定的；例如，ISO 4589和ASTM D2863^[6][3]。極限氧指數大於大氣中的氧氣濃度，是阻燃材料的標準之一^[4]。而指數大於大氣中氧氣濃度（21%）的材料，亦可稱為阻燃材料^[7]；但通常為保證安全，會使用27%作為標準^[8]。

極限氧濃度還取決於樣品的周圍溫度。隨着周圍溫度的升高，燃燒所需的氧氣百分比會逐漸降低。在環境溫度和高溫下測試塑料和電纜材料的極限氧濃度^[1]，可以了解在實際火災條件下的氧氣需求，以及蠟燭狀擴散火焰點燃的材料的可燃性趨勢^[9]。

極限氧指數隨着壓力、溫度，以及加入的惰性（可燃性及助燃性）氣體的種類所影響^[2]。

計算方法

其計算方法爲「爆炸下限乘以氧氣摩爾數」。用算式表達爲^[2]：

極限氧指數（%）${\displaystyle =}$ 爆炸下限（%）${\displaystyle \times }$氧氣摩爾數（mol）

亦可以表示為^[10]：

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

意義

材料LOI值超過21%，說明該材料具有耐燃性能，其LOI值越高表示其耐燃性能越好^[11]。極限氧指數表示物質燃燒的難易程度，其值愈高表示愈難燃。而極限氧指數達27%以上，則表示難燃。^[8]

測試

方法

在ISO 4589或ASTM D 2863-70的標準條件下進行的極限氧指數測試，需要將尺寸為80×10×4mm的樣品垂直放置在玻璃煙櫥的中心位置^[9]。測試包括在含有不同氧濃度的環境中對樣品進行火焰點火，而後找到樣品燭式火焰燃燒的極限氧濃度^[3]，以及小蠟燭狀擴散火焰點燃的材料的可燃性趨勢^[9]。

意義

聚合物材料的LOI值越高，其火焰提供的熱通量越低，並且耐燃性越高。LOI測試易於實施，並有較高的重複性。但是，由於測試通常在室溫下進行，所以不能再現真實火災的環境。因此，測試主要用於比較聚合物和復合材料的相對可燃性及等級。^[3][10]

材料的極限氧指數

各類氣體或蒸氣

測試氣體或蒸氣	氣體或蒸氣 的結構簡式	加入氮氣（${\displaystyle {\ce {N2}}}$） 的極限氧濃度	加入二氧化碳（${\displaystyle {\ce {CO2}}}$） 的極限氧濃度
氫氣	${\displaystyle {\ce {H2}}}$	5	5.2
甲烷	${\displaystyle {\ce {CH4}}}$	12	14.5
乙烷	${\displaystyle {\ce {CH3CH3}}}$	11	13.5
丙烷	${\displaystyle {\ce {CH3CH2CH3}}}$	11.5	14.5
正丁烷	${\displaystyle {\ce {CH3CH2CH2CH3}}}$	12	14.5
異丁烷	${\displaystyle {\ce {CH3CH(CH3)2}}}$	12	15

聚合物或複合物料

測試物質	加入氮氣（${\displaystyle {\ce {N2}}}$） 的極限氧濃度
PMMA （俗稱有機玻璃）	17.3
聚乙烯	17.4
聚丙烯	17.4
聚苯乙烯	17.8
膠合板	23.0
尼龍66	24-29
聚碳酸酯	25-44
滌綸（GRP）	21-43
酚醛	26-64
PVC（未增塑）	45-49
PTFE	95
純木材	20.5-24.6

其他條目

• 防火材料
• 防火

參考文獻

1. 丁寶明. 淺談低煙無毒電纜 (PDF). 捷運技術半年刊: 95. [2019-01-11]. （原始內容 (PDF)存檔於2019-01-11）.
2. 盧守謙; 陳永隆. 防火防爆. 五南圖書出版股份有限公司. 2017-02-16 [2019-01-20]. ISBN 9789571190402. （原始內容存檔於2019-01-20） （中文）.
3. Oxygen Index - an overview - ScienceDirect Topics. www.sciencedirect.com. [2019-01-22]. （原始內容存檔於2021-01-16）.
4. 中國紡織總會標準化研究所. 纺织品燃烧性能试验氧指数法. 1985 [2019-01-11]. 3·4 極限氧指數：在規定的試驗條件下，氧氮混合物中材料剛好保持燃燒狀態所需要的最低氧濃度。
5. Principles of Engineering Organization, 2nd edition. 1994-02-09. doi:10.1680/poeo2e.16569.
6. Test Method for Measuring the Minimum Oxygen Concentration to Support Candle-Like Combustion of Plastics (Oxygen Index). ASTM International.
7. Fire-retardant materials. www.ias.ac.in. [2019-01-11]. （原始內容存檔於2019-01-11）.
8. 標準檢驗局. 第六組常見的問題與回答. 標準檢驗局. 2011-05-13 [2019-01-22]. （原始內容存檔於2019-01-23）.
9. Zhang, Junhua; Delichatsios, M. M.; M, Suzanne. Prediction of the Limiting Oxygen Index Using Simple Flame Extinction Theory and Material Properties Obtained from Bench Scale Measurements. Fire Safety Science. 2011, 10: 375–387 [2019-01-22]. （原始內容存檔於2018-06-02） （英語）.
10. University of Central Lancashire. OXYGEN INDEX (PDF). BS 2782:141 & ISO 4589-2. [2019-01-22]. （原始內容存檔 (PDF)於2019-01-22）.
11. 張銘坤&林佳穎&林學昌. 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). 燃燒季刊. [2019-01-11]. （原始內容存檔 (PDF)於2019-01-11）.