ما هو مؤشر الأكسجين المحدود (LOI)؟ مؤشر أساسي لأداء مثبطات اللهب

يُعدّ مؤشر الأكسجين المحدود (LOI) أحد أهم المؤشرات لتقييم مقاومة المنسوجات والمواد البوليمرية للاشتعال. تهدف هذه المقالة إلى توضيح أهمية السلامة الكامنة وراء هذه القيمة المهنية من منظور خبير في البحث والتطوير في مجال المنسوجات، وذلك من خلال تغطية التعريفات الفيزيائية، ومنطق الحساب، ومعايير الاختبار، والتطبيقات الصناعية. بالنسبة للمؤسسات التي تشتري أقمشة عالية الأمان ومقاومة للاشتعال، فإن فهم مؤشر الأكسجين المحدود لا يقتصر على الامتثال للوائح فحسب، بل يتعلق أيضًا بإيجاد التوازن الأمثل بين الأداء والاستدامة. ببساطة، يشير مؤشر الأكسجين المحدود إلى الحد الأدنى من تركيز الأكسجين اللازم للحفاظ على احتراق مستقر للمادة في خليط من الأكسجين والنيتروجين؛ وكلما ارتفعت قيمته، زادت مقاومة المادة للاشتعال.

ما هو مؤشر الأكسجين المحدود؟

يشير مؤشر الأكسجين المحدود إلى الحد الأدنى لتركيز الأكسجين في خليط الأكسجين والنيتروجين اللازم لاحتراق المادة في ظل ظروف تجريبية محددة. ويُستخدم هذا المؤشر كمعيار فيزيائي لتقييم سهولة اشتعال المنسوجات، ويُعبّر عنه عادةً كنسبة مئوية حجمية للأكسجين.

الطبيعة الفيزيائية الأساسية لـ LOI

في الغلاف الجوي، يبلغ تركيز الأكسجينtel21%. إذا كانت نسبة الاشتعال المحدود (LOI) لمادة ما أقل من 21%، فهذا يعني أنها تشتعل بسهولة وتحترق باستمرار في الهواء الطبيعي. في المقابل، إذا كانت نسبة الاشتعال المحدود أعلى بكثير من 21%، فإن المادة تحتاج إلى كمية إضافية من الأكسجين للحفاظ على الاحتراق، وهي خاصية تُكسبها خاصية الإطفاء الذاتي في ظل الظروف الجوية العادية.

• الانطفاء الذاتي: تتوقف المادة عن الاحتراق اللهبي بمجرد إزالة مصدر النار بسبب عدم كفاية إمدادات الأكسجين.
• استقرار: باعتبارها طريقة تحليل كمية، توفر طريقة LOI تصنيفًا أكثر دقة للدرجات مقارنة بطرق الحرق الأفقي التقليدية.

المنطق الحسابي الرياضي لمؤشر الأكسجين المحدود

في بيئة المختبر، لا يتم تحديد مؤشر الاحتراق المحدود (LOI) بالتقدير البصري، بل من خلال التحكم الدقيق في معدلات تدفق الأكسجين والنيتروجين باستخدام منطق حسابي رياضي. تعكس هذه القيمة بشكل مباشر التوازن الديناميكي بين معدل توليد الغاز القابل للاحتراق بعد التحلل الحراري واستهلاك الأكسجين.

وصف صيغة الحساب الفيزيائي

وفقًا للمعايير الفنية ذات الصلة، فإن صيغة حساب مؤشر الأكسجين المحدود هي كما يلي:

1. [O2] يمثل معدل التدفق الحجمي للأكسجين في الغاز المختلط.
2. [N2] يمثل معدل التدفق الحجمي للنيتروجين في الغاز المختلط.

من خلال ضبط عدادات التدفق في المدخنة الزجاجية، يحدد الفنيون نقطة حرجة حيث يمكن للعينة أن تستمر في الاحتراق لمدة دقيقتين أو عندما يكون طول الجزء المتضرر 40 مم بالضبط. وتُعد نسبة الأكسجين المسجلة في هذه اللحظة هي النتيجة النهائية.

ماذا يعني مستوى خطاب النوايا؟

تحدد قيمة مؤشر الأكسجين المحدود (LOI) بشكل مباشر صعوبة اشتعال المادة وقدرتها على الاحتراق المستمر في ظل ظروف بيئية محددة. تشير القيمة العددية الأعلى إلى أن المادة أكثر مقاومة للاشتعال في البيئات منخفضة الأكسجين، وتتمتع بخصائص إطفاء ذاتي فائقة بمجرد إزالة مصدر الحرارة الخارجي؛ في المقابل، تشير القيمة الأقل إلى اعتماد أكبر على مستويات الأكسجين المنخفضة، مما يجعل المادة عرضة للاحتراق المستمر في الهواء العادي. يزيل هذا المقياس الكمي الغموض النوعي لمصطلح "مقاومة الحريق"، ويوفر تصنيفًا دقيقًا للأماكن الحساسة للسلامة.

الجدول 1: تصنيف أداء احتراق المواد عبر فترات LOI

تصنيف	نطاق فقدان الاشتعال (%)	التقييم البدني	مثال تطبيقي
قابل للاشتعال بدرجة كبيرة	< 20%	يشتعل بسرعة ولا يمكنه أن ينطفئ ذاتياً في الهواء.	أقمشة قطنية/رايون غير معالجة.
قابل للاشتعال	20% – 26%	يدعم الاحتراق المستقر في الظروف الجوية القياسية.	بوليستر صناعي قياسي.
مثبطات اللهب (بالفرنسية)	26% – 34%	ينطفئ ذاتيًا؛ ويوفر هوامش أمان عالية.	Begoodtex مقاوم للحريق أقمشة التعتيم.
غير قابل للاحتراق	> 35%	يصعب إشعالها للغاية؛ تتكون أساساً من الفحم.	مركبات ألياف الأراميد/الزجاج.

المنطق الكامن وراء الأرقام في عملية الشراء

في مجال المشتريات الصناعية الرأسية، تمثل الاختلافات الطفيفة في قيم خطابات النوايا اختلافات جوهرية في المواد:

• 21% LOI: حدود الاحتراق. أسفل هذه الحدود، تعمل المواد كوقود للنار في الهواء العادي.
• 28% LOI: "عتبة الأمان" التي غالباً ما تتطلبها المعايير الدولية مثل BS 5867 لضمان منع التقطير والحد من انتشار اللهب.
• 32% LOI: معيار السلامة الداخلي لشركة بيجودتكس. يضمن هذا المستوى من الاعتماد على الأكسجين أن يظل النسيج مستقرًا فيزيائيًا حتى في مشاهد الحرائق المعقدة ذات درجات الحرارة المرتفعة أو تيارات الهواء.

مقارنة فنية بين المعايير الدولية ISO 4589 و ASTM D2863

على الرغم من أن المبادئ الأساسية لاختبار مؤشر الأكسجين المحدود (LOI) عالمية، إلا أن معايير الاختبار المحددة للمنسوجات في مختلف المناطق تتباين في حجم العينة وطرق الإشعال ومعايير التقييم. وتخضع المنتجات المقاومة للهب التي طورتها وأنتجتها شركة Begoodtex عادةً لعمليات تحقق قياسية متعددة لضمان توافقها مع السوق العالمية.

المعايير الفنية لمعيار ISO 4589 ومعيار ASTM D2863

يُعدّ معيار ISO 4589 حاليًا المبدأ العام المعترف به دوليًا لاختبار مؤشر الأكسجين في المواد البلاستيكية والأقمشة، بينما يركز المعيار الأمريكي ASTM D2863 بشكل أكبر على المراقبة الديناميكية لعملية الاشتعال. أما في الصين، فيُطبّق عادةً معيار GB/T 5454-1997 "المنسوجات - سلوك الاحتراق - طريقة مؤشر الأكسجين".

مقارنة تفاصيل التنفيذ القياسي

• مواصفات العينة: تتطلب المعايير المختلفة أحجام عينات متفاوتة، وعادة ما تكون 150 مم × 58 مم.
• متطلبات جهاز الإشعال: مواقد البروبان أو البيوتان ذات ارتفاعات اللهب التي يتم التحكم فيها بدقة بين 15 مم و 20 مم.

الجدول 2: مقارنة موجزة للمعايير الفنية لمعايير خطابات النوايا السائدة

الرقم القياسي	نطاق التطبيق	مؤشر الحكم الأساسي	المتطلبات البيئية
ISO 4589-2	البلاستيك، والأقمشة، والأغشية	تركيز الأكسجين لحروق مدتها 180 ثانية	درجة حرارة الغرفة 23±2 درجة مئوية
GB/T 5454	معايير النسيج الصينية	الأكسجين لمدة دقيقتين للحروق أو تلف بقطر 40 ملم	نسبة الرطوبة قبل المعالجة 65±5%
ASTM D2863	البوليمرات، البلاستيك	الحد الأدنى من الأكسجين لمعدل احتراق محدد	دقة عالية للغاية في التحكم في التدفق

كيف يتم إجراء اختبار LOI القياسي؟

يتطلب إجراء اختبار كامل لمؤشر الأكسجين عملية معملية دقيقة. أي إهمال في تفاصيل التشغيل، مثل التحكم في رطوبة البيئة أو وضعية تثبيت العينة عمودياً، قد يؤدي إلى انحراف في قيمة مؤشر الأكسجين النهائي بنسبة تتراوح بين 0.5% و1.5%.

خطوات الاختبار الموحد

1. المعالجة المسبقة للعينة: تُعالج العينات في صندوق ذي درجة حرارة ورطوبة ثابتة لأكثر من 24 ساعة للقضاء على تأثير الرطوبة على حرارة الاحتراق.
2. مدخل الغاز المختلط: اضبط صمامات الأكسجين والنيتروجين لتحديد تركيز الأكسجين الأولي المقدر.
3. نظام الإشعال العلوي: استخدم جهاز إشعال متخصص لإشعال الجزء العلوي الأوسط من العينة باتجاه الأسفل.
4. الملاحظة والتسجيل: راقب مدة وطول احتراق العينة.
5. التقريب التدريجي: اضبط تركيز الأكسجين بزيادات قدرها 0.2% بناءً على الأداء حتى يتم العثور على نقطة التوازن الحرجة.

نظرة عامة على بيانات فقدان الاشتعال لمختلف المواد النسيجية

يساعد فهم قيم مؤشر الأكسجين المحدود (LOI) لمختلف الألياف الأساسية المشترين على تحديد إمكانية مقاومة الأقمشة للهب من المصدر. وتركز شركة Begoodtex على تقنية مقاومة اللهب المتأصلة ( مقاوم للحريق المتأصلة) التي تحقن عناصر فعالة مقاومة للهب أثناء مرحلة البلمرة، مما يجعل قيمها تتجاوز بكثير قيم الألياف الاصطناعية العادية.

الجدول 3: مقارنة قيم مؤشر الأكسجين المحدود المقاسة للألياف الشائعة والوظيفية

نوع الألياف	نطاق LOI المقاس (%)	مورفولوجيا الاحتراق
قطن بكر	17.0 – 18.5	يحترق بسرعة بلهب أحمر متوهج
بوليستر قياسي	20.0 – 22.0	يذوب أثناء الاحتراق، وينتج قطرات
صوف	24.0 – 25.0	مقاومة طبيعية للهب، رغوة وفحم
الأراميد	28.0 – 30.0	مقاوم للحرارة، لا ينصهر، يطفئ ذاتياً
قماش بيجودتكس مقاوم للحريق	32.0 – 35.0	مستقر للغاية، ينطفئ ذاتيًا، لا يترك قطرات

هل ستؤثر العوامل البيئية على نتائج الاختبار؟

تؤثر البيئة الدقيقة للمختبر بشكل كبير على نتائج اختبار مؤشر الأكسجين المحدود. في عمليات البحث والتطوير والإنتاج الفعلية، يجب على الفريق التقني في شركة Begoodtex استبعاد متغيرات مثل درجة الحرارة والرطوبة لضمان صحة وموثوقية بيانات المصنع.

التأثيرات المجهرية لدرجة الحرارة والرطوبة

عند ارتفاع درجة حرارة المختبر، تزداد الحركة الحرارية للجزيئات داخل الألياف، وتقل طاقة التنشيط اللازمة لتكسيرها إلى غازات قابلة للاحتراق، مما يؤدي إلى انخفاض قيمة مؤشر الأكسجين المحدود (LOI) المقاسة. وبالمثل، تزيد الرطوبة العالية من محتوى الرطوبة في العينة؛ فعندما يتبخر الماء، يمتص كمية كبيرة من حرارة الاحتراق، مما يؤدي إلى ارتفاع قيمة مؤشر الأكسجين المحدود (LOI) المقاسة.

نقاط التحكم البيئي

• التحكم في درجة الحرارة: يجب الحفاظ على المختبر عند درجة حرارة قياسية تبلغ 23 درجة مئوية.
• توازن الرطوبة: يجب أن تصل العينات إلى حالة توازن الرطوبة عند مستوى رطوبة محدد لمنع الرطوبة من العمل كـ "مثبط مؤقت للهب"

المنطق الأمني ​​الكامن وراء سعي شركة Begoodtex لتحقيق مستوى عالٍ من LOI

لماذا تُصرّ شركة Begoodtex على إنتاج أقمشة مقاومة للهب بمؤشر أكسجين محدود (LOI) يزيد عن 32%؟ لا يقتصر الأمر على تلبية معايير الاختبار فحسب، بل يستند أيضًا إلى اعتبارات السلامة الاحتياطية في حالات الحرائق الشديدة. فمؤشر الأكسجين العالي يعني أن القماش يتمتع بفترة إنقاذ ذاتي أطول، ويقلل من خطر نشوب حرائق ثانوية في بيئات الحرائق ذات تركيزات الأكسجين المتقلبة.

مميزات الأقمشة مقاوم للحريق عالية الأداء

قد تتمتع الأقمشة التقليدية المقاومة للهب، والتي تُعالج بعد التشطيب، بمؤشر أكسجين محدود أولي يزيد عن 30%، ولكن مع ازدياد دورات الغسيل وتسرب مثبطات اللهب، قد ينخفض ​​مؤشر الأكسجين المحدود بسرعة إلى ما دون عتبة الأمان البالغة 24%. وتكمن التقنية الأساسية لشركة Begoodtex في التعديل على المستوى الجزيئي

• الديمومة: بعد أكثر من 50 عملية غسل صناعية، كان تذبذب قيمة LOI أقل من 1٪.
• السلامة البيئية: لا يتم إنتاج غازات الهالوجين السامة أثناء الاحتراق، مع انبعاث دخان منخفض للغاية، مما يفي بمتطلبات التصدير البيئية الخضراء.

كيف يؤثر تركيب النسيج على مؤشر الأكسجين؟

حتى مع استخدام نفس الألياف المقاومة للهب، فإن البنية الفيزيائية للنسيج (النسيج، الكثافة، الوزن) قد تُسبب اختلافات في مؤشر الأكسجين المحدود. وهذا يُعدّ تجليًا شاملًا لتأثيرات الحاجز الفيزيائي ونفاذية الهواء في هندسة النسيج.

الدور المزدوج للوزن والكثافة

بشكل عام، بالنسبة للأقمشة المصنوعة من نفس المادة، كلما زاد وزنها وسماكتها، ارتفعت قيمة مؤشر الأكسجين المحدود (LOI). ويعود ذلك إلى أن الأقمشة السميكة تتمتع بسعة حرارية أكبر، مما يسمح لها بامتصاص المزيد من الحرارة المنعكسة، كما أن بنيتها الكثيفة تحد من معدل اختراق الأكسجين إلى داخلها.

تحليل العوامل الهيكلية

• السادة مقابل الساتان: قد تحترق الأقمشة المنسوجة من الساتان بشكل أسرع من الأقمشة المنسوجة العادية الثابتة في بعض الحالات بسبب طول خيوط الطفو.
• العلية/الكومة: غالباً ما تواجه الأقمشة الوبرية تحديات أكثر صرامة من الأقمشة المسطحة لأنها تحتوي على كمية كبيرة من الهواء (مصدر الأكسجين).

المؤشرات الضرورية للتقييم الشامل لمقاومة اللهب

على الرغم من أن مؤشر الأكسجين المحدود يُعد مؤشرًا رئيسيًا، إلا أنه اختبار معملي يُجرى في بيئة ثابتة، ولا يُمكنه أن يُمثل النطاق الكامل لانتشار الحريق. في نظام الجودة الخاص بشركة بيغودتكس، يجب تحليل مؤشر الأكسجين المحدود بالتزامن مع مؤشرات الاختبار الأخرى.

نظام تقييم متعدد الأبعاد

إن السعي وراء مؤشر أكسجين محدود مرتفع للغاية (مثلاً، أكثر من 40%) قد يؤثر سلباً على ملمس القماش ومتانته. لذا، يجب أن يجمع التقييم الاحترافي لمثبطات اللهب بين المعايير التالية:

1. اختبار الحرق العمودي: يقوم بتقييم طول الفحم، ووقت اللهب اللاحق، ووقت التوهج اللاحق (على سبيل المثال، معيار NFPA 701).
2. اختبار سمية الدخان: يقوم بتقييم تركيز المواد السامة المنبعثة أثناء الاحتراق.
3. معدل إطلاق الحرارة (HRR): يقوم بتقييم الطاقة المنبعثة لكل وحدة زمنية.

ملخص

يُعدّ مؤشر الأكسجين المحدود (LOI) المعيار التقني لصناعة المنسوجات المقاومة للهب. وبفضل الحفاظ على هذه القيمة عند مستوى عالٍ يبلغ 32% أو أكثر، نجحت شركة Begoodtex في ترسيخ معيار تقني متين في مجال حماية السلامة العامة. بالنسبة للمشترين، إلى جانب التركيز على مؤشر الأكسجين المحدود، ينبغي إيلاء المزيد من الاهتمام لمتانة هذه القيمة والأداء الشامل للمادة في سيناريوهات الحريق الفعلية، مما يوفر حماية أكثر موثوقية في التطبيقات الرأسية.

الأسئلة المتداولة (الأسئلة الشائعة)