Qu’est-ce que l’indice limite d’oxygène (LOI) ? Un indicateur clé de la performance ignifuge

L'indice limite d'oxygène (LOI) est un indicateur essentiel pour évaluer la résistance au feu des textiles et des polymères. Cet article vise à décrypter l'importance de cet indicateur en matière de sécurité, du point de vue d'un expert en R&D textile. Il aborde les définitions physiques, le calcul, les normes d'essai et les applications industrielles. Pour les entreprises qui s'approvisionnent en tissus ignifuges haute sécurité, la compréhension du LOI est cruciale non seulement pour la conformité réglementaire, mais aussi pour trouver le juste équilibre entre performance et durabilité. En résumé, l'indice limite d'oxygène correspond à la concentration minimale d'oxygène nécessaire au maintien d'une combustion stable d'un matériau dans un mélange oxygène-azote ; plus sa valeur est élevée, plus la résistance au feu du matériau est importante.

Qu'est-ce que l'indice limite d'oxygène ?

L'indice limite d'oxygène (LOI) désigne la concentration minimale d'oxygène dans un mélange oxygène-azote nécessaire pour qu'un matériau conserve son état de combustion dans des conditions expérimentales spécifiées. Il sert de critère d'évaluation physique de l'inflammabilité des textiles et est généralement exprimé en pourcentage volumique d'oxygène.

La nature physique fondamentale du LOI

Dans l'air ambiant, la concentration d'oxygène esttelenviron 21 %. Si l'indice limite d'oxygène (LOI) d'un matériau est inférieur à 21 %, cela signifie qu'il s'enflamme facilement et brûle continuellement à l'air libre. À l'inverse, si le LOI est nettement supérieur à 21 %, le matériau nécessite un apport d'oxygène supplémentaire pour maintenir la combustion, une caractéristique qui lui confère des propriétés d'auto-extinction dans des conditions atmosphériques normales.

• Auto-extinction : La combustion du matériau cesse dès que la source d'incendie est retirée, faute d'apport suffisant en oxygène.
• Stabilité: En tant que méthode d'analyse quantitative, la LOI offre une classification des grades plus précise que les méthodes de combustion horizontales traditionnelles.

La logique de calcul mathématique de l'indice limite d'oxygène

En laboratoire, la perte au feu (LOI) n'est pas déterminée par estimation visuelle, mais par un contrôle précis des débits d'oxygène et d'azote, grâce à des calculs mathématiques. Cette valeur reflète directement l'équilibre dynamique entre la vitesse de production de gaz combustibles après décomposition thermique et la consommation d'oxygène.

Description de la formule de calcul physique

Conformément aux normes techniques en vigueur, la formule de calcul de l'indice limite d'oxygène est la suivante :

1. [O2] représente le débit volumique d'oxygène dans le gaz mélangé.
2. [N2] représente le débit volumique d'azote dans le gaz mélangé.

En ajustant les débitmètres dans la cheminée en verre, les techniciens déterminent un point critique où l'échantillon peut continuer à brûler pendant 2 minutes ou lorsque la longueur endommagée atteint exactement 40 mm. Le pourcentage d'oxygène enregistré à ce moment précis constitue le résultat final.

Que signifie le niveau LOI ?

L'indice limite d'oxygène (LOI) détermine directement la difficulté d'inflammation et la capacité d'un matériau à entretenir sa combustion dans des conditions environnementales spécifiques. Une valeur numérique élevée indique une meilleure résistance à l'inflammation en milieu pauvre en oxygène et d'excellentes propriétés d'auto-extinction une fois la source de chaleur externe supprimée. À l'inverse, une valeur faible signifie une plus grande dépendance à de faibles concentrations d'oxygène, rendant le matériau très susceptible de brûler continuellement dans l'air ambiant. Cet indicateur quantitatif élimine l'ambiguïté du terme « ignifuge » et fournit une classification précise pour les sites critiques en matière de sécurité.

Tableau 1 : Classification des performances de combustion des matériaux selon les intervalles LOI

Classification	Plage de LOI (%)	Jugement physique	Exemple d'application
Hautement inflammable	< 20%	S'enflamme rapidement et ne peut s'éteindre de lui-même dans l'air.	Tissus en coton/rayonne non traités.
Combustible	20% – 26%	Favorise une combustion stable en atmosphère normale.	Polyester industriel standard.
Ignifugé (FR)	26% – 34%	S'éteint de lui-même ; offre des marges de sécurité élevées.	Tissus occultants Begoodtex IP .
Incombustible	> 35%	Extrêmement difficile à enflammer ; principalement carbonisé.	Composites aramide/fibre de verre.

Logique d'approvisionnement derrière les chiffres

Dans le secteur des achats industriels verticaux, de légères différences dans les valeurs des lettres d'intention représentent des distinctions matérielles fondamentales :

• 21 % LOI : La limite de combustion. En dessous de cette limite, les matériaux servent de combustible pour le feu dans l'air ambiant.
• 28 % LOI : Le « seuil de sécurité » souvent requis par les normes internationales telles que la norme BS 5867 pour garantir l’absence de coulures et une propagation limitée des flammes.
• 32 % LOI : Norme de sécurité interne Begoodtex. Ce niveau de dépendance à l'oxygène garantit que même dans des scènes d'incendie complexes avec des températures élevées ou une convection d'air, le tissu reste physiquement stable.

Comparaison technique des normes internationales ISO 4589 et ASTM D2863

Bien que les principes de base de l'indice limite d'oxygène (LOI) soient universels, les normes d'essai spécifiques aux textiles, élaborées dans différentes régions, varient quant à la taille des échantillons, les méthodes d'inflammation et les critères d'évaluation. Les produits ignifuges développés et fabriqués par Begoodtex sont généralement soumis à de multiples vérifications de normes afin de garantir leur conformité aux normes internationales.

Paramètres techniques des normes ISO 4589 et ASTM D2863

La norme ISO 4589 constitue actuellement le principe général internationalement reconnu pour les essais d'indice d'oxygène des matières plastiques et des textiles, tandis que la norme américaine ASTM D2863 privilégie la surveillance dynamique du processus d'inflammation. En Chine, la norme GB/T 5454-1997 « Textiles – Comportement au feu – Méthode de l'indice d'oxygène » est généralement appliquée.

Comparaison détaillée de l'exécution standard

• Spécifications de l'échantillon : Les différentes normes exigent des tailles d'échantillon variables, généralement 150 mm × 58 mm.
• Exigences relatives à l'allumeur : Brûleurs à propane ou à butane avec des hauteurs de flamme strictement contrôlées entre 15 mm et 20 mm.

Tableau 2 : Comparaison succincte des paramètres techniques des principales normes LOI

Numéro standard	Champ d'application	Indicateur de jugement principal	exigences environnementales
ISO 4589-2	Plastiques, tissus, films	Concentration d'oxygène pour une combustion de 180 secondes	Température ambiante 23 ± 2 degrés Celsius
GB/T 5454	normes textiles chinoises	Oxygène pour une brûlure de 2 min ou des dégâts de 40 mm	Humidité 65 ± 5 % avant traitement
ASTM D2863	Polymères, plastiques	Quantité minimale d'oxygène pour une vitesse de combustion spécifique	Précision de contrôle de débit extrêmement élevée

Comment se déroule un test LOI standard ?

La réalisation d'un test complet d'indice d'oxygène nécessite une procédure de laboratoire rigoureuse. Toute négligence dans les détails opérationnels, tels que le contrôle de l'humidité ambiante ou la verticalité du serrage de l'échantillon, peut entraîner un écart de 0,5 % à 1,5 % dans la valeur finale de l'indice limite d'oxygène (LOI).

Étapes de test standardisées

1. Prétraitement de l'échantillon : Les échantillons sont traités pendant plus de 24 heures dans une enceinte à température et humidité constantes afin d'éliminer toute interférence de l'humidité avec la chaleur de combustion.
2. Entrée de gaz mixte : Réglez les vannes d'oxygène et d'azote pour obtenir une concentration initiale d'oxygène estimée.
3. Allumage supérieur : Utilisez un allumeur spécialisé pour enflammer le centre supérieur de l'échantillon vers le bas.
4. Observation et enregistrement : Surveillez la durée et l'étendue de la combustion de l'échantillon.
5. Approximation par étapes : Ajuster la concentration d'oxygène par incréments de 0,2 % en fonction des performances jusqu'à trouver le point d'équilibre critique.

Aperçu des données LOI pour différents matériaux textiles

La connaissance des valeurs LOI (indice limite d'oxygène) des différentes fibres de base permet aux acheteurs d'identifier le potentiel ignifuge des tissus dès leur origine. La technologie ignifuge intrinsèque ( IP ), développée par Begoodtex, consiste à injecter des agents ignifuges performants lors de la polymérisation, ce qui lui confère des valeurs bien supérieures à celles des fibres synthétiques classiques.

Tableau 3 : Comparaison des valeurs LOI mesurées pour les fibres communes et fonctionnelles

Type de fibre	Plage de perte au feu mesurée (%)	Morphologie de la combustion
Coton vierge	17.0 – 18.5	Brûle rapidement avec une flamme rougeoyante
Polyester standard	20.0 – 22.0	Fond en brûlant, produit des gouttelettes
Laine	24.0 – 25.0	Résistance naturelle à la flamme, mousses et carbonisation
Aramide	28.0 – 30.0	Résistant à la chaleur, ininflammable, autoextinguible
Tissu IP Begoodtex	32.0 – 35.0	Très stable, auto-extinguible, sans gouttelettes

Des facteurs environnementaux peuvent-ils influencer les résultats des tests ?

Le microenvironnement du laboratoire influence significativement les résultats des tests LOI. En R&D et en production, l'équipe technique de Begoodtex doit éliminer les variables telles que la température et l'humidité afin de garantir l'authenticité et la fiabilité des données de production.

Effets microscopiques de la température et de l'humidité

Lorsque la température du laboratoire augmente, l'agitation thermique des molécules au sein de la fibre s'intensifie et l'énergie d'activation nécessaire à la formation de gaz combustibles diminue, ce qui entraîne une baisse de l'indice limite d'oxygène (LOI) mesuré. De même, une forte humidité accroît la teneur en eau de l'échantillon ; en s'évaporant, cette eau absorbe une quantité importante de chaleur de combustion, ce qui explique la valeur plus élevée du LOI mesuré.

points de contrôle environnemental

• Contrôle de la température : Le laboratoire doit être maintenu à une température standard de 23 degrés Celsius.
• Équilibre hydrique : Les échantillons doivent atteindre un équilibre d'humidité à un taux d'humidité spécifique pour empêcher l'humidité d'agir comme un « retardateur de flamme temporaire »

La logique de sécurité qui sous-tend la recherche d'un LOI élevé par Begoodtex

Pourquoi Begoodtex insiste-t-il sur la production de tissus ignifuges avec un indice limite d'oxygène (LOI) supérieur à 32 % ? Il ne s'agit pas seulement de respecter les normes de test, mais aussi de garantir une sécurité accrue en cas d'incendie extrême. Un indice d'oxygène élevé signifie que le tissu bénéficie d'un temps d'auto-extinction plus long et d'un risque moindre de propagation secondaire dans des environnements où la concentration d'oxygène fluctue.

Avantages des architectures IP hautes performances

Les tissus ignifuges traditionnels appliqués après traitement peuvent présenter un indice limite d'oxygène (LOI) initial supérieur à 30 %, mais avec l'augmentation des cycles de lavage et la lixiviation des retardateurs de flamme, le LOI peut rapidement chuter en dessous du seuil de sécurité de 24 %. La technologie de base de Begoodtex repose sur la modification au niveau moléculaire

• Permanence: Après plus de 50 lavages industriels, la fluctuation de la valeur LOI est inférieure à 1 %.
• Sécurité environnementale : Aucune production de gaz halogénés toxiques n'est observée lors de la combustion, avec des émissions de fumée extrêmement faibles, répondant ainsi aux exigences environnementales strictes en matière d'exportation.

Comment la structure du tissu affecte-t-elle l'indice d'oxygène ?

Même avec une fibre ignifuge identique, la structure physique du tissu (tissage, densité, poids) peut entraîner des différences d'indice limite d'oxygène (LOI). Ceci illustre parfaitement les effets de barrière physique et de perméabilité à l'air en ingénierie textile.

Le double rôle du poids et de la densité

En général, pour des tissus de même matière, plus le poids et l'épaisseur sont importants, plus l'indice limite d'oxygène (LOI) est élevé. Cela s'explique par le fait que les tissus plus épais ont une capacité thermique supérieure, capables d'absorber davantage de chaleur résiduelle, et que leur structure dense limite la pénétration de l'oxygène à l'intérieur du tissu.

Analyse des facteurs structurels

• Uni ou satiné : Dans certains cas, les tissus satinés peuvent brûler plus rapidement que les tissus unis stables en raison de leurs longues lignes de flottaison.
• Grenier/Tasse : Les tissus à poils sont souvent confrontés à des défis plus stricts que les tissus plats car ils contiennent une grande quantité d'air (source d'oxygène).

Indicateurs nécessaires à une évaluation complète de la résistance au feu

Bien que l'indice limite d'oxygène (LOI) soit un indicateur clé, il s'agit d'un test de laboratoire réalisé en environnement statique et il ne peut donc pas refléter pleinement l'ampleur d'un incendie. Dans le système qualité de Begoodtex, le LOI doit être analysé conjointement avec d'autres indicateurs de contrôle.

Système d'évaluation multidimensionnelle

La recherche d'un indice limite d'oxygène (LOI) extrêmement élevé (par exemple, supérieur à 40 %) peut compromettre le toucher et la résistance du tissu. Par conséquent, une évaluation professionnelle de la résistance au feu doit prendre en compte les paramètres suivants :

1. Test de combustion verticale : Évalue la longueur de carbonisation, le temps de post-combustion et le temps de post-flamme (par exemple, norme NFPA 701).
2. Test de toxicité de la fumée : Évalue la concentration des substances toxiques émises lors de la combustion.
3. Taux de dégagement de chaleur (HRR) : Évalue l'énergie libérée par unité de temps.

Résumé

L'indice limite d'oxygène (LOI) est la référence technique de l'industrie textile ignifuge. En maintenant cette valeur à un niveau élevé de 32 % ou plus, Begoodtex a établi une barrière technique solide en matière de protection de la sécurité publique. Pour les acheteurs, outre l'importance accordée au LOI, il convient de privilégier la durabilité de cette valeur et la performance globale du matériau en situation d'incendie réelle, afin de garantir une protection plus fiable pour les applications verticales.

Questions fréquemment posées (FAQ)