Wat is de Limiting Oxygen Index (LOI)? Een belangrijke indicator voor de brandvertragende werking

De Limiting Oxygen Index (LOI) is een van de belangrijkste indicatoren voor het beoordelen van de brandvertragende eigenschappen van textiel en polymere materialen. Dit artikel beoogt de veiligheidsrelevantie van deze professionele waarde te ontleden vanuit het perspectief van een expert in textielonderzoek en -ontwikkeling, waarbij fysieke definities, berekeningslogica, testnormen en industriële toepassingen aan bod komen. Voor organisaties die hoogwaardige brandvertragende stoffen aanschaffen, is inzicht in de LOI niet alleen belangrijk voor de naleving van wet- en regelgeving, maar ook voor het vinden van de optimale balans tussen prestatie en duurzaamheid. Simpel gezegd verwijst de Limiting Oxygen Index naar de minimale zuurstofconcentratie die nodig is om een ​​stabiele verbranding van een materiaal in een zuurstof-stikstofmengsel te handhaven; hoe hoger de waarde, hoe sterker de brandvertragende eigenschappen van het materiaal.

Wat is de zuurstofindex?

De grenszuurstofindex (LOI) verwijst naar de minimale zuurstofconcentratie in een zuurstof-stikstofmengsel die nodig is om een ​​materiaal onder specifieke experimentele omstandigheden net in verbranding te houden. Het dient als een fysieke maatstaf voor het beoordelen van de ontvlambaarheid van textiel en wordt doorgaans uitgedrukt als een volumeprocent zuurstof.

De fundamentele fysieke aard van LOI

In de atmosfeer bedraagt ​​de zuurstofconcentratietel21%. Als het LOI (Limit Oxygen Index) van een materiaal lager is dan 21%, betekent dit dat het gemakkelijk ontbrandt en continu brandt in natuurlijke lucht. Omgekeerd, als het LOI aanzienlijk hoger is dan 21%, heeft het materiaal extra zuurstof nodig om de verbranding in stand te houden, een eigenschap die zorgt voor zelfdovende eigenschappen onder normale atmosferische omstandigheden.

• Zelfdoving: Het materiaal stopt met vlammen zodra de vuurbron wordt verwijderd vanwege onvoldoende zuurstofaanvoer.
• Stabiliteit: Als kwantitatieve analysemethode biedt LOI een nauwkeurigere kwaliteitsclassificatie dan traditionele horizontale verbrandingsmethoden.

De wiskundige berekeningslogica van de Limiterende Zuurstofindex

In een laboratoriumomgeving wordt het LOI (Limit Oxygen Index) niet bepaald door visuele schatting, maar door nauwkeurige controle van de zuurstof- en stikstofstroom met behulp van wiskundige berekeningen. Deze waarde weerspiegelt direct het dynamische evenwicht tussen de snelheid waarmee brandbaar gas ontstaat na thermische ontleding en het zuurstofverbruik.

Beschrijving van de formule voor fysische berekeningen

Volgens de relevante technische normen is de berekeningsformule voor de grenszuurstofindex als volgt:

1. [O2] staat voor het volumetrische debiet van zuurstof in het gasmengsel.
2. [N2] staat voor het volumetrische debiet van stikstof in het gasmengsel.

Door de debietmeters in de glazen schoorsteen aan te passen, vinden technici een kritiek punt waarop het object nog 2 minuten kan doorbranden of de beschadigde lengte precies 40 mm bedraagt. Het zuurstofpercentage dat op dit moment wordt gemeten, is het eindresultaat.

Wat betekent het LOI-niveau?

De grootte van de LOI-waarde bepaalt direct de ontstekingsmoeilijkheid en het vermogen van een materiaal om de verbranding onder specifieke omgevingsomstandigheden in stand te houden. Een hogere numerieke waarde geeft aan dat een materiaal beter bestand is tegen ontsteking in zuurstofarme omgevingen en betere zelfdovende eigenschappen vertoont zodra de externe warmtebron is verwijderd; omgekeerd duidt een lagere waarde op een grotere afhankelijkheid van lagere zuurstofniveaus, waardoor het materiaal zeer gevoelig is voor continue verbranding in normale lucht. Deze kwantitatieve maatstaf elimineert de kwalitatieve ambiguïteit van "brandveilig" en biedt een nauwkeurige classificatie voor veiligheidskritische locaties.

Tabel 1: Classificatie van de verbrandingsprestaties van materialen aan de hand van LOI-intervallen

Classificatie	LOI-bereik (%)	Fysiek oordeel	Toepassingsvoorbeeld
Zeer brandbaar	< 20%	Ontbrandt snel en kan niet vanzelf doven in de lucht.	Onbehandelde katoen-/rayonstoffen.
Brandbaar	20% – 26%	Ondersteunt stabiele verbranding in een standaardatmosfeer.	Standaard industrieel polyester.
Vlamvertragend (FR)	26% – 34%	Zelfdovend; biedt een hoge veiligheidsmarge.	Begoodtex IV verduisteringsstoffen.
Niet-brandbaar	> 35%	Uiterst moeilijk aan te steken; voornamelijk verkoolde resten.	Aramide/glasvezelcomposieten.

De inkooplogica achter de cijfers

Bij de inkoop binnen verticale industrieën vertegenwoordigen kleine verschillen in de waarde van intentieverklaringen fundamentele materiële verschillen:

• 21% intentieverklaring: De verbrandingsgrens. Onder deze grens fungeren materialen als brandstof voor vuur in normale lucht.
• 28% intentieverklaring: De "veiligheidsdrempel" wordt vaak vereist door internationale normen zoals BS 5867 om druipen te voorkomen en de vlamverspreiding te beperken.
• 32% LOI: Begoodtex interne veiligheidsnorm. Deze mate van zuurstofafhankelijkheid zorgt ervoor dat het materiaal zelfs in complexe brandsituaties met hoge temperaturen of luchtstroming fysiek stabiel blijft.

Technische vergelijking van de internationale normen ISO 4589 en ASTM D2863

Hoewel de basisprincipes van LOI universeel zijn, variëren de specifieke testnormen voor textiel in verschillende regio's wat betreft monstergrootte, ontstekingsmethoden en beoordelingscriteria. Vlamvertragende producten die door Begoodtex worden ontwikkeld en geproduceerd, doorlopen doorgaans meerdere standaardcontroles om compatibiliteit met de wereldwijde markt te garanderen.

Technische parameters van ISO 4589 en ASTM D2863

ISO 4589 is momenteel het internationaal erkende algemene principe voor het testen van de zuurstofindex van kunststoffen en textiel, terwijl de Amerikaanse norm ASTM D2863 zich meer richt op dynamische monitoring van het ontstekingsproces. In China wordt doorgaans GB/T 5454-1997 "Textiel - Brandgedrag - Zuurstofindexmethode" toegepast.

Vergelijking van standaard uitvoeringsdetails

• Specificaties van het proefstuk: Verschillende normen vereisen verschillende afmetingen van de monsters, meestal 150 mm × 58 mm.
• Vereisten voor de ontsteker: Propaan- of butaanbranders met een strikt gecontroleerde vlamhoogte tussen 15 mm en 20 mm.

Tabel 2: Korte vergelijking van technische parameters voor gangbare LOI-normen

Standaardnummer	Toepassingsgebied	Kernbeoordelingsindicator	Milieu-eisen
ISO 4589-2	Kunststoffen, textiel, folies	Zuurstofconcentratie voor een verbranding van 180 seconden	Kamertemperatuur 23 ± 2 graden Celsius
GB/T 5454	Chinese textielnormen	Zuurstof gedurende 2 minuten bij een brandwond of bij een beschadiging van 40 mm	Luchtvochtigheid 65±5% vóór de behandeling
ASTM D2863	Polymeren, kunststoffen	Minimale zuurstofbehoefte voor een specifieke verbrandingssnelheid	Extreem hoge precisie bij debietregeling

Hoe wordt een standaard LOI-test uitgevoerd?

Het uitvoeren van een volledige zuurstofindexbepaling vereist een rigoureus laboratoriumproces. Elke verwaarlozing van operationele details, zoals de beheersing van de omgevingsvochtigheid of de verticale positionering van het monster, kan leiden tot een afwijking van de uiteindelijke LOI-waarde van 0,5% tot 1,5%.

Gestandaardiseerde teststappen

1. Voorbehandeling van het monster: De monsters worden meer dan 24 uur lang in een ruimte met constante temperatuur en luchtvochtigheid behandeld om te voorkomen dat vocht de verbrandingswarmte beïnvloedt.
2. Invoer van gemengd gas: Stel de zuurstof- en stikstofkleppen zo in dat de geschatte beginconcentratie van de zuurstof wordt bereikt.
3. Bovenste ontsteking: Gebruik een speciale ontsteker om het bovenste midden van het specimen naar beneden te ontsteken.
4. Observatie en registratie: Houd de duur en de lengte van de verbranding van het monster in de gaten.
5. Stapsgewijze benadering: Pas de zuurstofconcentratie aan in stappen van 0,2% op basis van de prestaties totdat het kritische evenwichtspunt is bereikt.

Een overzicht van LOI-gegevens voor verschillende textielmaterialen

Inzicht in de LOI-waarden van verschillende basisvezels helpt kopers om het vlamvertragende potentieel van stoffen al bij de bron te bepalen. De door Begoodtex ontwikkelde Inherent Flame Retardant ( IV )-technologie injecteert efficiënte vlamvertragende elementen tijdens de polymerisatiefase, waardoor de waarden ervan die van gewone synthetische vezels ver overtreffen.

Tabel 3: Vergelijking van gemeten LOI-waarden voor gangbare en functionele vezels

Vezeltype	Gemeten LOI-bereik (%)	Verbrandingsmorfologie
Nieuw katoen	17.0 – 18.5	Brandt snel op met gloeiendhete, smeulende vlammen
Standaard polyester	20.0 – 22.0	Smelt tijdens het branden en produceert druppeltjes
Wol	24.0 – 25.0	Natuurlijke vlamvertragendheid, schuimvorming en verkooling
Aramide	28.0 – 30.0	Hittebestendig, niet-smeltend, zelfdovend
Begoodtex IV stof	32.0 – 35.0	Zeer stabiel, zelfdovend, geen druppels

Zullen omgevingsfactoren de testresultaten beïnvloeden?

De micro-omgeving van het laboratorium heeft een significante invloed op de LOI-testresultaten. In de praktijk van onderzoek en ontwikkeling en productie moet het technische team van Begoodtex variabelen zoals temperatuur en luchtvochtigheid uitsluiten om de authenticiteit en betrouwbaarheid van de fabrieksgegevens te waarborgen.

Microscopische effecten van temperatuur en luchtvochtigheid

Wanneer de temperatuur in het laboratorium stijgt, neemt de thermische beweging van moleculen in de vezel toe en daalt de activeringsenergie voor het kraken tot brandbare gassen, wat leidt tot een lagere gemeten LOI. Op dezelfde manier verhoogt een hoge luchtvochtigheid het vochtgehalte in het monster; naarmate het vocht verdampt, absorbeert het een aanzienlijke hoeveelheid verbrandingswarmte, waardoor de gemeten LOI hoger wordt.

Milieucontrolepunten

• Temperatuurregeling: Het laboratorium moet op een standaardtemperatuur van 23 graden Celsius worden gehouden.
• Vochtbalans: De monsters moeten een vochtevenwicht bereiken bij een specifieke luchtvochtigheid om te voorkomen dat vocht als een "tijdelijk vlamvertragend middel" fungeert

De veiligheidslogica achter Begoodtex' streven naar een hoge LOI (Limited Inquiry)

Waarom staat Begoodtex erop om brandvertragende stoffen te produceren met een LOI (Low Oxygen Index) van meer dan 32%? Dit is niet alleen om aan testnormen te voldoen, maar is gebaseerd op overwegingen van extra veiligheid in extreme brandsituaties. Een hoge zuurstofindex betekent dat de stof een langere zelfblustijd heeft en een lager risico op nabranden in brandomgevingen met fluctuerende zuurstofconcentraties.

Voordelen van hoogwaardige IV stoffen

Traditionele vlamvertragende stoffen die na de afwerking worden behandeld, hebben mogelijk een initiële LOI van meer dan 30%, maar naarmate het aantal wasbeurten toeneemt en de vlamvertragende stoffen uitspoelen, kan de LOI snel onder de veiligheidsdrempel van 24% dalen. De kerntechnologie van Begoodtex ligt in modificatie op moleculair niveau:

• Permanentie: Na meer dan 50 industriële wasbeurten is de fluctuatie van de LOI-waarde minder dan 1%.
• Milieuveiligheid: Bij de verbranding komen geen giftige halogeenhoudende gassen vrij en de rookemissie is extreem laag, waardoor aan de milieueisen voor export wordt voldaan.

Hoe beïnvloedt de structuur van de stof de zuurstofindex?

Zelfs met dezelfde vlamvertragende vezel kan de fysieke structuur van de stof (weefsel, dichtheid, gewicht) verschillen in LOI veroorzaken. Dit is een veelomvattende manifestatie van fysieke barrière-effecten en luchtdoorlaatbaarheid in de textieltechnologie.

De dubbele rol van gewicht en dichtheid

Over het algemeen geldt voor stoffen van hetzelfde materiaal dat hoe zwaarder en dikker ze zijn, hoe hoger de LOI-waarde. Dit komt doordat dikkere stoffen een grotere warmtecapaciteit hebben en daardoor meer warmte kunnen absorberen. Bovendien beperken de dichte structuren de snelheid waarmee zuurstof in de stof doordringt.

Structurele factoranalyse

• Effen versus satijn: Satijnweefsels kunnen in sommige gevallen sneller verbranden dan stabiele platbindingen vanwege de lange drijflijnen.
• Zolder/Paal: Poolstoffen hebben vaak te maken met strengere eisen dan plat geweven stoffen, omdat ze een grote hoeveelheid lucht (zuurstofbron) bevatten.

Noodzakelijke indicatoren voor een uitgebreide beoordeling van brandvertragendheid

Hoewel de zuurstofindex (LOI) een belangrijke indicator is, betreft het een laboratoriumtest die in een statische omgeving wordt uitgevoerd en de volledige omvang van een branduitbraak niet kan weergeven. In het kwaliteitssysteem van Begoodtex moet de LOI daarom in samenwerking met andere testindicatoren worden geanalyseerd.

Multidimensionaal evaluatiesysteem

Het nastreven van een extreem hoge LOI (bijvoorbeeld meer dan 40%) kan ten koste gaan van het gevoel en de sterkte van de stof. Daarom moet een professionele beoordeling van brandvertragende eigenschappen de volgende parameters combineren:

1. Verticale brandtest: Evalueert de verkoollengte, de nagloeitijd en de nagloeitijd (bijv. NFPA 701-norm).
2. Rooktoxiciteitstest: Evalueert de concentratie van giftige stoffen die vrijkomen tijdens de verbranding.
3. Warmteafgiftesnelheid (HRR): Evalueert de energie die per tijdseenheid vrijkomt.

Samenvatting

De zuurstofindex (LOI) is de technische maatstaf voor de brandvertragende textielindustrie. Door deze waarde op een hoog niveau van 32% of hoger te houden, heeft Begoodtex met succes een solide technische barrière opgeworpen op het gebied van bescherming van de openbare veiligheid. Voor kopers is het, naast de LOI, belangrijk om ook te letten op de duurzaamheid van deze waarde en de algehele prestaties van het materiaal in daadwerkelijke brandsituaties. Dit biedt een betrouwbaardere veiligheidsbescherming voor verticale toepassingen.

Veelgestelde vragen (FAQ)