Was ist der Sauerstoffindex (LOI)? Ein wichtiger Indikator für die Flammschutzleistung

Der Sauerstoffindex (LOI) ist einer der wichtigsten Indikatoren zur Bewertung der Flammschutzwirkung von Textilien und Polymermaterialien. Dieser Artikel erläutert die sicherheitsrelevante Bedeutung dieses Fachwertes aus der Perspektive eines Experten für Textilforschung und -entwicklung. Er behandelt physikalische Definitionen, Berechnungslogik, Prüfnormen und industrielle Anwendungen. Für Unternehmen, die hochsichere, flammhemmende Textilien beschaffen, geht es beim Verständnis des LOI nicht nur um die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften, sondern auch um die optimale Balance zwischen Leistung und Nachhaltigkeit. Vereinfacht ausgedrückt bezeichnet der Sauerstoffindex die minimale Sauerstoffkonzentration, die erforderlich ist, um eine stabile Verbrennung eines Materials in einem Sauerstoff-Stickstoff-Gemisch aufrechtzuerhalten. Je höher der Wert, desto stärker die Flammschutzwirkung des Materials.

Was ist der Sauerstoffindex?

Der Sauerstoffindex (LOI) bezeichnet die minimale Sauerstoffkonzentration in einem Sauerstoff-Stickstoff-Gemisch, die erforderlich ist, damit ein Material unter festgelegten Versuchsbedingungen gerade noch brennbar bleibt. Er dient als physikalischer Richtwert zur Beurteilung der Entzündbarkeit von Textilien und wird üblicherweise als Volumenprozent Sauerstoff angegeben.

Die grundlegende physikalische Natur von LOI

In der Atmosphäre beträgt die Sauerstoffkonzentrationtel21 %. Liegt der Glühverlust (LOI) eines Materials unter 21 %, entzündet es sich leicht und brennt in natürlicher Luft kontinuierlich. Ist der LOI hingegen deutlich höher als 21 %, benötigt das Material zusätzlichen Sauerstoff, um die Verbrennung aufrechtzuerhalten. Diese Eigenschaft führt unter normalen atmosphärischen Bedingungen zu selbstverlöschenden Eigenschaften.

• Selbstlöschung: Das Material erlischt mit offener Flamme, sobald die Feuerquelle entfernt wird, da die Sauerstoffzufuhr nicht ausreicht.
• Stabilität: Als quantitative Analysemethode ermöglicht der LOI eine präzisere Qualitätsklassifizierung als herkömmliche horizontale Brennmethoden.

Die mathematische Berechnungslogik des Sauerstoffgrenzwerts

Im Labor wird der Glühverlust (LOI) nicht visuell, sondern durch präzise Steuerung der Sauerstoff- und Stickstoffdurchflussraten mittels mathematischer Berechnungslogik bestimmt. Dieser Wert spiegelt direkt das dynamische Gleichgewicht zwischen der Rate der brennbaren Gasbildung nach der thermischen Zersetzung und dem Sauerstoffverbrauch wider.

Beschreibung der physikalischen Berechnungsformel

Gemäß den einschlägigen technischen Normen lautet die Berechnungsformel für den Sauerstoffindex wie folgt:

1. [O2] bezeichnet den Volumenstrom des Sauerstoffs im Gasgemisch.
2. [N2] bezeichnet den Volumenstrom des Stickstoffs im Gasgemisch.

Durch Justierung der Durchflussmesser im Glaszylinder ermitteln die Techniker einen kritischen Punkt, an dem die Probe zwei Minuten lang weiterbrennen kann oder die beschädigte Länge exakt 40 mm beträgt. Der zu diesem Zeitpunkt gemessene Sauerstoffanteil ist das Endergebnis.

Was bedeutet der LOI-Wert?

Der LOI-Wert (Low Oxide Index) gibt direkt Aufschluss über die Entzündbarkeit und die Fähigkeit eines Materials, unter bestimmten Umgebungsbedingungen zu brennen. Ein höherer Wert bedeutet, dass das Material in sauerstoffarmer Umgebung entzündungsbeständiger ist und nach Entfernung der externen Wärmequelle über bessere Selbstverlöschungseigenschaften verfügt. Umgekehrt bedeutet ein niedrigerer Wert eine stärkere Abhängigkeit von Sauerstoffmangel, wodurch das Material in normaler Luft leicht weiterbrennt. Diese quantitative Kennzahl beseitigt die qualitative Unklarheit des Begriffs „feuerfest“ und ermöglicht eine präzise Klassifizierung für sicherheitskritische Bereiche.

Tabelle 1: Klassifizierung des Verbrennungsverhaltens von Werkstoffen anhand von LOI-Intervallen

Einstufung	LOI-Bereich (%)	Körperliches Urteilsvermögen	Begoodtex-Anwendungsbeispiel
Leicht entzündlich	< 20%	Entzündet sich schnell und kann an der Luft nicht von selbst erlöschen.	Unbehandelte Baumwoll-/Viskosegewebe.
Brennbar	20% – 26%	Unterstützt eine gleichmäßige Verbrennung in Standardatmosphäre.	Standard-Industriepolyester.
Flammhemmend (FR)	26% – 34%	Selbstverlöschend; bietet hohe Sicherheitsmargen.	Begoodtex IFM Verdunkelungsstoffe.
Nicht brennbar	> 35%	Äußerst schwer zu entzünden; verkohlt hauptsächlich.	Aramid-/Glasfaserverbundwerkstoffe.

Die Beschaffungslogik hinter den Zahlen

Bei der Beschaffung in vertikal integrierten Branchen stellen geringfügige Unterschiede in den LOI-Werten grundlegende materielle Unterschiede dar:

• 21% LOI: Die Verbrennungsgrenze. Unterhalb dieser Grenze wirken Materialien in normaler Luft als Brennstoff für ein Feuer.
• 28% LOI: Die in internationalen Normen wie BS 5867 oft geforderte „Sicherheitsschwelle“ dient dazu, das Nachtropfen zu verhindern und die Flammenausbreitung zu begrenzen.
• 32% LOI: Begoodtex Interner Sicherheitsstandard. Diese hohe Sauerstoffabhängigkeit gewährleistet, dass das Gewebe auch bei komplexen Brandsituationen mit erhöhten Temperaturen oder Luftkonvektion physikalisch stabil bleibt.

Technischer Vergleich der internationalen Normen ISO 4589 und ASTM D2863

Die Grundprinzipien der LOI-Prüfung sind zwar universell, die spezifischen Prüfnormen für Textilien in verschiedenen Regionen unterscheiden sich jedoch hinsichtlich Probengröße, Zündmethoden und Beurteilungskriterien. Die von Begoodtex entwickelten und hergestellten flammhemmenden Produkte durchlaufen in der Regel mehrere Standardprüfungen, um die Kompatibilität mit dem globalen Markt zu gewährleisten.

Technische Parameter nach ISO 4589 und ASTM D2863

ISO 4589 ist derzeit international anerkanntes allgemeines Prinzip für die Sauerstoffindexprüfung von Kunststoffen und Textilien, während die amerikanische Norm ASTM D2863 den Schwerpunkt stärker auf die dynamische Überwachung des Zündvorgangs legt. In China wird üblicherweise GB/T 5454-1997 „Textilien – Brennverhalten – Sauerstoffindexverfahren“ angewendet.

Vergleich der Standardausführungsdetails

• Spezifikationen der Probe: Je nach Norm sind unterschiedliche Probenabmessungen erforderlich, üblicherweise 150 mm × 58 mm.
• Anforderungen an den Zünder: Propan- oder Butanbrenner mit einer Flammenhöhe, die streng auf 15 mm bis 20 mm begrenzt ist.

Tabelle 2: Kurzer Vergleich der technischen Parameter gängiger LOI-Standards

Standardnummer	Geltungsbereich	Kernbeurteilungsindikator	Umweltanforderungen
ISO 4589-2	Kunststoffe, Textilien, Folien	Sauerstoffkonzentration für eine 180-Sekunden-Verbrennung	Raumtemperatur 23±2 Grad Celsius
GB/T 5454	Chinesische Textilstandards	Sauerstoff für 2 Minuten Verbrennung oder 40 mm Schaden	Luftfeuchtigkeit 65±5% vor der Behandlung
ASTM D2863	Polymere, Kunststoffe	Mindestsauerstoffmenge für eine bestimmte Verbrennungsrate	Extrem hohe Durchflussregelungsgenauigkeit

Wie wird ein Standard-LOI-Test durchgeführt?

Die Durchführung eines vollständigen Sauerstoffindextests erfordert ein sorgfältiges Laborverfahren. Jede Nachlässigkeit bei den Arbeitsschritten, wie z. B. der Kontrolle der Umgebungsfeuchtigkeit oder der vertikalen Einspannung der Probe, kann zu einer Abweichung des endgültigen LOI-Wertes um 0,5 % bis 1,5 % führen.

Standardisierte Testschritte

1. Probenvorbehandlung: Die Proben werden über 24 Stunden in einer Kammer mit konstanter Temperatur und Luftfeuchtigkeit behandelt, um zu verhindern, dass Feuchtigkeit die Verbrennungswärme beeinträchtigt.
2. Gemischgaszufuhr: Stellen Sie die Sauerstoff- und Stickstoffventile so ein, dass eine geschätzte anfängliche Sauerstoffkonzentration erreicht wird.
3. Top-Zündung: Verwenden Sie einen speziellen Zünder, um die Oberseite der Probe von oben nach unten zu entzünden.
4. Beobachtung und Aufzeichnung: Überwachen Sie Dauer und Umfang der Verbrennung der Probe.
5. Schrittweise Approximation: Passen Sie die Sauerstoffkonzentration in Schritten von 0,2 % basierend auf der Leistung an, bis der kritische Gleichgewichtspunkt erreicht ist.

Ein Überblick über LOI-Daten für verschiedene Textilmaterialien

Das Verständnis der LOI-Werte verschiedener Basisfasern hilft Käufern, das Flammschutzpotenzial von Textilien bereits an der Quelle zu erkennen. Die von Begoodtex entwickelte Technologie der inhärenten Flammschutzmittel ( IFM ) bringt während der Polymerisation effiziente Flammschutzmittel ein, wodurch ihre Werte die von herkömmlichen synthetischen Fasern deutlich übertreffen.

Tabelle 3: Vergleich der gemessenen LOI-Werte für gewöhnliche und funktionelle Fasern

Fasertyp	Gemessener LOI-Bereich (%)	Verbrennungsmorphologie
Reine Baumwolle	17.0 – 18.5	Brennt schnell mit rotglühendem Glimmen
Standard-Polyester	20.0 – 22.0	Schmilzt beim Verbrennen und bildet Tröpfchen
Wolle	24.0 – 25.0	Natürliche Flammbeständigkeit, Schäume und Verkohlungen
Aramid	28.0 – 30.0	Hitzebeständig, nicht schmelzend, selbstverlöschend
Begoodtex IFM Gewebe	32.0 – 35.0	Sehr stabil, selbstverlöschend, keine Tröpfchen

Werden Umweltfaktoren die Testergebnisse beeinflussen?

Die Mikroumgebung des Labors hat einen signifikanten Einfluss auf die Ergebnisse von LOI-Tests. In der realen Forschung und Entwicklung sowie in der Produktion muss das technische Team von Begoodtex Variablen wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit ausschließen, um die Authentizität und Zuverlässigkeit der Werksdaten zu gewährleisten.

Mikroskopische Auswirkungen von Temperatur und Feuchtigkeit

Steigt die Temperatur im Labor, verstärkt sich die thermische Bewegung der Moleküle in der Faser, und die Aktivierungsenergie für die Spaltung in brennbare Gase sinkt, was zu einem niedrigeren gemessenen Glühverlust führt. Ebenso erhöht hohe Luftfeuchtigkeit den Feuchtigkeitsgehalt der Probe; beim Verdunsten der Feuchtigkeit wird erhebliche Verbrennungswärme absorbiert, wodurch der gemessene Glühverlust höher ausfällt.

Umweltkontrollpunkte

• Temperaturregelung: Im Labor muss eine Standardtemperatur von 23 Grad Celsius gehalten werden.
• Feuchtigkeitsbalance: Die Proben müssen bei einer bestimmten Luftfeuchtigkeit ein Feuchtigkeitsgleichgewicht erreichen, damit die Feuchtigkeit nicht als „vorübergehendes Flammschutzmittel“ wirkt

Die Sicherheitslogik hinter Begoodtex' Streben nach hohem LOI

Warum besteht Begoodtex darauf, flammhemmende Textilien mit einem LOI-Wert von über 32 % herzustellen? Dies dient nicht nur der Erfüllung von Prüfnormen, sondern basiert auf Sicherheitsüberlegungen für extreme Brandszenarien. Ein hoher Sauerstoffindex bedeutet, dass das Gewebe eine längere Selbstreinigungszeit aufweist und das Risiko eines Sekundärbrandes in Brandumgebungen mit schwankenden Sauerstoffkonzentrationen geringer ist.

Vorteile von Hochleistungs- IFM Geweben

Herkömmliche, nachträglich flammhemmende Textilien weisen zwar einen anfänglichen LOI-Wert von über 30 % auf, doch mit zunehmender Anzahl an Waschgängen und dem Auswaschen der Flammschutzmittel kann der LOI-Wert schnell unter den Sicherheitsgrenzwert von 24 % sinken. Die Kerntechnologie von Begoodtex beruht auf der Modifizierung auf molekularer Ebene:

• Dauerhaftigkeit: Nach mehr als 50 industriellen Waschvorgängen beträgt die Schwankung des LOI-Wertes weniger als 1 %.
• Umweltsicherheit: Bei der Verbrennung entstehen keine giftigen Halogengase, die Rauchemission ist extrem gering, wodurch die Anforderungen an einen umweltfreundlichen Export erfüllt werden.

Wie beeinflusst die Gewebestruktur den Sauerstoffindex?

Selbst bei Verwendung derselben flammhemmenden Faser kann die physikalische Struktur des Gewebes (Webart, Dichte, Gewicht) Unterschiede im LOI-Wert verursachen. Dies ist ein umfassendes Beispiel für die Wechselwirkungen zwischen physikalischer Barrierewirkung und Luftdurchlässigkeit in der Textiltechnik.

Die Doppelrolle von Gewicht und Dichte

Im Allgemeinen gilt für Textilien aus demselben Material: Je höher Gewicht und Dicke, desto höher der LOI-Wert. Dies liegt daran, dass dickere Textilien eine höhere Wärmekapazität besitzen und somit mehr Rückwärme aufnehmen können, während dichte Strukturen das Eindringen von Sauerstoff in das Innere der Textilien begrenzen.

Strukturfaktorenanalyse

• Glatt vs. Satin: Satingewebe können in manchen Fällen aufgrund langer Schwimmleinen schneller brennen als stabile Leinwandgewebe.
• Loft/Pfahl: Florstoffe stehen oft vor größeren Herausforderungen als glatte Stoffe, da sie eine große Menge Luft (Sauerstoffquelle) enthalten.

Notwendige Indikatoren für eine umfassende Bewertung der Flammschutzwirkung

Der Sauerstoffindex (LOI) ist zwar ein wichtiger Indikator, jedoch handelt es sich um einen Labortest, der unter statischen Bedingungen durchgeführt wird und daher das gesamte Ausmaß eines Brandes nicht vollständig abbilden kann. Im Qualitätssicherungssystem von Begoodtex muss der LOI daher gemeinsam mit anderen Prüfindikatoren analysiert werden.

Mehrdimensionales Bewertungssystem

Das alleinige Anstreben eines extrem hohen LOI-Werts (z. B. über 40 %) kann die Haptik und Festigkeit des Gewebes beeinträchtigen. Daher muss eine professionelle Bewertung der Flammschutzwirkung die folgenden Parameter berücksichtigen:

1. Vertikaler Brenntest: Bewertet die Verkohlungslänge, die Nachflammenzeit und die Nachglühzeit (z. B. nach NFPA 701-Standard).
2. Rauchtoxizitätstest: Bewertet die Konzentration der bei der Verbrennung freigesetzten toxischen Substanzen.
3. Wärmefreisetzungsrate (HRR): Bewertet die pro Zeiteinheit freigesetzte Energie.

Zusammenfassung

Der Sauerstoffindex (LOI) ist der technische Maßstab in der Flammschutztextilienindustrie. Durch die Einhaltung eines hohen LOI-Wertes von 32 % oder darüber hat Begoodtex eine solide technische Barriere im Bereich des öffentlichen Sicherheitsschutzes etabliert. Käufer sollten neben dem LOI-Wert auch die Beständigkeit dieses Wertes und die Gesamtleistung des Materials in realen Brandszenarien berücksichtigen, um einen zuverlässigeren Schutz bei vertikalen Anwendungen zu gewährleisten.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)