Índice limitante de oxígeno
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Índice limitante de oxígeno
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El índice de oxígeno se define como la concentración mínima de oxígeno, expresada como porcentaje en volumen, en una mezcla de oxígeno y nitrógeno que soportará la combustión con llama de un material inicialmente a temperatura ambiente en condiciones específicas. La prueba del índice de oxígeno se considera una de las pruebas de inflamabilidad más útiles porque permite clasificar con precisión los materiales sobre una base numérica y simplifica la selección de plásticos en términos de inflamabilidad. La prueba del índice de oxígeno supera los serios inconvenientes de las pruebas de inflamabilidad convencionales. Estos inconvenientes son la variación en las técnicas de ignición de la muestra, la variación en la descripción del punto final de una prueba a otra y la operación de las pruebas en condiciones de desequilibrio. Tenga en cuenta que la madera de roble rojo tiene un índice de oxígeno más alto (inflamabilidad más baja) que el poliestireno, pero un índice de oxígeno mucho más bajo en comparación con el policarbonato o el PVC. Todos los polímeros se queman cuando se exponen a una llama (son todas sustancias orgánicas), pero existen diferencias considerables entre los polímeros en su comportamiento después de la eliminación de la llama. Algunos continúan ardiendo, otros se extinguen. El grado de autoextinción se expresa como el "índice de oxígeno", que es la concentración de oxígeno en la atmósfera circundante, en la que el material se extingue. Una concentración de oxígeno por debajo del 21% significa que, en una atmósfera normal, el polímero se quema; si el índice es más alto, deja de arder. El PTFE (teflón) parece ser altamente autoextinguible; otros polímeros que contienen cloro o flúor también pertenecen claramente a la categoría de autoextinción. Para una serie de materiales, el comportamiento de combustión puede mejorarse mediante la adición de compuestos de bromo o antimonio, sobre todo, a costa de algunas propiedades mecánicas o eléctricas. Poco a poco, el conocimiento está ganando terreno en cuanto a que la fuerte formación de humo causada por algunos polímeros en llamas implica mayores riesgos que su propia inflamabilidad, ya que este último no es muy diferente de los materiales aplicados a gran escala, como la madera, los textiles y el papel. Más que nunca, se están utilizando métodos y criterios de prueba para un uso seguro desarrollado para reconocer y prevenir los riesgos del desarrollo de humo, en cuanto a visibilidad y toxicidad.
El estándar seguido en la medición es el estándar ASTM D 2863. Este estándar define el índice de oxígeno (Límite Limitador de Oxígeno, LOI) como la cantidad mínima de oxígeno, expresada como un porcentaje de volumen, en una mezcla de oxígeno y nitrógeno (o aire) que es capaz de sostener la combustión de un material en determinadas condiciones. El índice de oxígeno se calcula de la siguiente manera:
(100 x O2 )
LOI = ----------------- %
(O2 X N2 )
donde O2 y N2 son los flujos volumétricos de oxígeno y nitrógeno respectivamente en [cm3/s].
Pruebas ASTM D2863
ASTM D2863 es un método para determinar la concentración mínima de oxígeno en una mezcla de oxígeno / nitrógeno que soportará una quemadura llameante en una muestra de plástico. No existe correlación con las condiciones reales de uso final. El índice de oxígeno límite (LOI) es la medida del porcentaje mínimo de oxígeno en una mezcla de oxígeno/nitrógeno que se requiere para apoyar la combustión de plásticos. La muestra de plástico se coloca verticalmente en un cilindro de vidrio y la muestra se enciende desde su borde superior. Una corriente lenta de mezcla de oxígeno/nitrógeno se alimenta desde el fondo de la cámara para soportar la llama ardiente. La concentración de oxígeno disminuye lentamente hasta que la muestra de plástico deja de arder. ASTM D2863 rige el procedimiento de prueba estándar y la dimensión de la muestra.
Principio del instrumento para LOI
El aparato de índice de oxígeno limitante crítico se utiliza para determinar el porcentaje mínimo de oxígeno requerido para apoyar la combustión de un material a temperatura ambiente en modo FTA o a una temperatura más alta (hasta 400°C) en modo HFTA. En el aparato de prueba de índice de oxígeno limitante, la muestra se quema en la mezcla de nitrógeno y oxígeno, y el porcentaje de oxígeno requerido solo para soportar la combustión en llamas se registra a través de un analizador de oxígeno importado, que proporciona lecturas directas de oxígeno. El aparato de prueba de índice de oxígeno limitante también tiene una columna de prueba de doble pared de vidrio de resistencia a la llama de 75 mm de diámetro. adecuado para probar diferentes tamaños de muestras en modo FTA o HFTA. Un controlador digital de indicación de temperatura provisto con el instrumento controla la temperatura para el modo HFTA. El instrumento se fabrica según la especificación ASTM y también se ajusta a varias otras normas internacionales.
Colocada la muestra en la mandíbula apropiada dentro de la columna de vidrio del instrumento, la muestra se enciende con un soplete de propano u otro gas inflamable. Puede ser necesario realizar varias pruebas variando el flujo de oxígeno hasta que sea capaz de mantener la combustión. Desde un punto de vista operativo, el El criterio para determinar el índice de oxígeno es alternativamente la duración de la llama durante al menos 3 minutos o la combustión de 75 [mm] de la muestra. Si el índice de oxígeno es superior al 21% (contenido de oxígeno en el aire), significa que la combustión no es autosuficiente en el aire; viceversa si el índice de oxígeno es inferior al 21%. Los materiales que tienen un índice de oxígeno entre el 21% y el 26% se dice que tienen una velocidad de combustión baja, si en cambio el LOI es superior al 27%, se denominan retardadores de llama; viceversa si el valor es inferior al 21%, se denominan inflamables.
Factores que afectan los resultados de la prueba
- Grosor de la muestra. A medida que aumenta el espesor de la muestra, el índice de oxígeno también aumenta constantemente.
- Rellenos. Los rellenos como las fibras de vidrio tienden a aumentar el índice de oxígeno hasta un cierto porcentaje de carga. En el caso del policarbonato, el índice de oxígeno alcanza su punto máximo con una carga de alrededor del 25 por ciento. Una carga más alta más allá de este punto disminuye posteriormente el índice de oxígeno.
- Retardantes de llama. Los retardantes de llama aumentan el índice de oxígeno, lo que hace que los polímeros sean más adecuados para aplicaciones que requieren una inflamabilidad mejorada.
Estándar LOI
Índice de oxígeno, Oxygen Index ASTM D2863, BS 2782 Pt 141, IS 13501, ISO 4589-2, ISO 4589-3, NES 714 y NES 715.