ISO 4589 Kunststoffe – Bestimmung des Brennverhaltens anhand des Sauerstoffindex

Die von der Internationalen Organisation für Normung (ISO) entwickelte Norm „ ISO 4589 Kunststoffe – Bestimmung des Verbrennungsverhaltens mittels Sauerstoffindex“ besteht aus folgenden, unter demselben Titel veröffentlichten Unterabschnitten:

• Die Norm „ISO 4589-1 Teil 1: Allgemeine Anforderungen“ beschreibt die allgemeinen Anforderungen an den Sauerstoffindex-Test (OI), die in den Normen ISO 4589-2 und ISO 4589-3 detaillierter beschrieben werden:
  • Die Norm ISO 4589-2 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung des Mindestvolumenanteils von Sauerstoff in einer gegebenen Mischung aus Sauerstoff und Stickstoff bei 23 Grad plus/minus 2 Grad, der die Verbrennung eines Materials unter festgelegten Testbedingungen unterstützt.
  • Die Norm ISO 4589-3 beschreibt Methoden zur Durchführung derselben Bestimmung über einen Temperaturbereich, der typischerweise zwischen 25 und 150 Grad liegt (obwohl Temperaturen bis zu 400 Grad verwendet werden können).

In der Norm ISO 4589-2 kann das Material entweder als starre Probe oder als flexible Probe in einem speziellen Halter getestet werden, der in einem transparenten Kamin montiert ist, durch den ein Gemisch aus Sauerstoff und Stickstoff in einem laminaren Strömungsmuster nach oben strömt. Nachdem die Probe konditioniert wurde, wird der Test bei Raumtemperatur durchgeführt. Dies ist die einfachste Form des Tests. Beim Oberflächenzündungsverfahren wird die Flamme maximal 30 Sekunden lang auf die Oberfläche der Probe gerichtet und alle 5 Sekunden entfernt, um zu prüfen, ob die Probe brennt. Dadurch wird auch sichergestellt, dass die Probentemperatur nicht zu hoch wird, da dies normalerweise den Sauerstoffindexwert (OI) senken würde. Beim Verfahren der Strahlungszündung wird die Flamme etwa 6 mm tief auf die senkrechten Kanten der Probe einwirken gelassen. Beim Dünnschichtverfahren wird die Folie in einer 45-Grad-Spirale um einen Stab gewickelt und mit Klebeband befestigt, dann wird der Stab gezogen und das obere Ende der Probe 20 mm vom oberen Rand entfernt abgeschnitten.

In der Norm ISO 4589-3 wird das Material auf die gleiche Weise getestet, der Test wird jedoch in einer beheizten Säule durchgeführt, in der sowohl das einströmende Gas als auch das durch die Säule strömende Gas erhitzt werden. Zu Beginn des Tests werden Probe und Probenhalter 240 s plus/minus 10 s im Gasstrom vorgewärmt, um sicherzustellen, dass sie vor dem Test ein Temperaturgleichgewicht erreichen. Die Flamme wird für die gleiche Dauer angewendet wie in der Norm ISO 4589-2.

• ISO 4589-2 Teil 2: „Prüfung bei Umgebungstemperatur“ beschreibt Verfahren zur Bestimmung des Mindestvolumenanteils von Sauerstoff gemischt mit Stickstoff, der die Verbrennung kleiner vertikaler Prüfkörper unter festgelegten Prüfbedingungen unterstützt. Die Ergebnisse werden als Sauerstoffindex (OI)-Werte angegeben. Die Verfahren dienen zur Prüfung von selbsttragenden Materialien in Form von vertikalen Stäben oder Platten mit einer Dicke von bis zu 10,5 mm. Die Verfahren eignen sich für massive, laminierte oder zellige Materialien mit einer Rohdichte von 100 kg/m³ oder mehr. Die Verfahren können auch auf einige zellige Materialien mit einer Rohdichte von weniger als 3 kg/m³ angewendet werden. Es wird ein Verfahren zur Prüfung von flexiblen Platten- oder Folienmaterialien in vertikaler Lagerung bereitgestellt.

Diese Norm bietet ein Verfahren, um zu Vergleichszwecken zu bestimmen, ob die Sauerstoffindexwerte (OI) eines Materials über einem festgelegten Mindestwert liegen. Bei Materialien, die bei Erwärmung stark schrumpfen, wie beispielsweise stark orientierte Dünnfilme, ist die Anwendung dieser Methoden möglicherweise nicht zufriedenstellend.

Eine kleine Testprobe wird vertikal in einem Sauerstoff-Stickstoff-Gemisch gehalten, das durch einen transparenten Kamin nach oben strömt. Das obere Ende der Probe wird entzündet und das anschließende Brennverhalten der Probe beobachtet, um die Dauer des Brennens bzw. die Brenndauer der Probe mit den für ein solches Brennen festgelegten Grenzwerten zu vergleichen. Durch Testen einer Reihe von Proben mit Sauerstoff in unterschiedlichen Volumenanteilen wird der Sauerstoffindex (OI) geschätzt. Alternativ werden zum Vergleich mit einem vorgegebenen Sauerstoffindex drei Prüflinge mit dem jeweiligen Sauerstoffvolumenanteil getestet. Mindestens zwei davon müssen mit „Sauerstoff“ antworten, um den angegebenen Sauerstoffindex zu erreichen.

• ISO 4589-3 Teil 3: Hochtemperaturprüfung beschreibt Verfahren zur Bestimmung des Mindestvolumenanteils von Sauerstoff in einem Gemisch mit Stickstoff, der die Verbrennung kleiner vertikaler Prüfkörper unter festgelegten Prüfbedingungen im Temperaturbereich von 25 °C bis 150 °C ermöglicht. Der typische Temperaturbereich liegt zwischen 40 °C und 150 °C. Die Ergebnisse werden als Temperaturindexwerte bei der Prüftemperatur definiert, die typisch für die praktische Temperatur ist, der ein Kunststoffmaterial unter überhitzten Betriebsbedingungen ausgesetzt wäre.

Es werden Verfahren zum Prüfen von Materialien in Form von vertikalen Stäben oder Platten mit einer Dicke von bis zu 10,5 mm bereitgestellt, die bei der Prüftemperatur selbsttragend sind. Sie können jedoch nicht auf die V-Form angewendet werden, die einen Stützrahmen gemäß der Norm ISO 4589-2 erfordert. Diese Methoden eignen sich für feste, laminierte oder zellige Materialien mit einer Rohdichte von 100 kg/m3 oder mehr. Die Methoden sind auch auf einige Schaumstoffe mit einer Rohdichte von weniger als 100 kg/m3 anwendbar. Es wird ein Verfahren zum Testen flexibler Platten- oder Folienmaterialien in vertikaler Ausrichtung bereitgestellt.

Diese Norm enthält auch eine Methode zur Bestimmung der Temperatur, bei der der Sauerstoffindex kleiner vertikaler Testproben in Luft unter festgelegten Testbedingungen 20,9 Prozent beträgt. Die Temperatur, bei der dies geschieht, wird als Entflammbarkeitstemperatur definiert und die Methode ist auf die Bestimmung von Temperaturen unter 400 Grad beschränkt. Dieses Verfahren ist nicht anwendbar für Materialien mit einem Sauerstoffindex von über 20,9 Prozent.

Diese Methoden können möglicherweise nicht zufriedenstellend auf Materialien angewendet werden, die beim Erhitzen stark schrumpfen, wie etwa stark orientierte Dünnfilme.

Das in der Norm ISO 100 beschriebene Verfahren gilt für die Bewertung der Flammenausbreitungseigenschaften von Schaumstoffen mit einer Dichte von bis zu 3 kg/m3582.

• ISO 4589-4 Teil 4: Hochgeschwindigkeitsprüfung beschreibt ein Prüfverfahren zur Bestimmung des Mindestvolumenanteils von Sauerstoff in einem Gemisch mit Stickstoff bei Raumtemperatur, der die Verbrennung einer kleinen vertikalen Blechprobe bei einer festgelegten Gasgeschwindigkeit ermöglicht, die höher ist als die in ISO 4589-2 festgelegte. Das Ergebnis wird als Hochgeschwindigkeits-Sauerstoffindex (HOI) angegeben. Darüber hinaus beschreibt diese Norm die Prüfvorrichtung zur Bestimmung des HOI. Das beschriebene Prüfverfahren gilt für plattenförmige Materialien mit einer Dicke von bis zu 2 mm. Es gilt auch für flexible Blechmaterialien, die vertikal von einem festgelegten Probenhalter getragen werden.

Der Sauerstoffindex bei hoher Gasgeschwindigkeit drückt den Mindestvolumenanteil von Sauerstoff in einem Sauerstoff-Stickstoff-Gemisch bei einer bestimmten Gasgeschwindigkeit aus, der unter bestimmten Testbedingungen eine Flammenverbrennung eines Materials unterstützt.

Eine kleine Testprobe wird vertikal in einem Sauerstoff-Stickstoff-Gemisch gehalten, das durch einen transparenten Kamin nach oben strömt. Der Volumenanteil von Sauerstoff im Gasgemisch wird vorgegeben, kontrolliert und gemessen. Die vertikale Geschwindigkeit des Gasgemisches wird vorbestimmt, gesteuert und gemessen. Das obere Ende der Probe wird entzündet und das anschließende Brennverhalten beobachtet, um die Brennlänge der Probe mit den angegebenen Grenzwerten zu vergleichen. Der High Gas Velocity Oxygen Index (HOI) wird aus einer Reihe von Tests mit unterschiedlichen Sauerstoffvolumenanteilen ermittelt.

Unsere Organisation, die seit Jahren versucht, Unternehmen aus allen Branchen mit einer breiten Palette von Test-, Mess-, Analyse- und Bewertungsstudien zu unterstützen, verfügt über einen starken Mitarbeiterstamm, der die Entwicklungen in der Welt der Wissenschaft und Technologie aufmerksam verfolgt und sich ständig verbessert. In diesem Zusammenhang werden für Unternehmen auch Prüfdienstleistungen nach der Norm „ISO 4589 Kunststoffe – Bestimmung des Brennverhaltens mittels Sauerstoffindex“ angeboten.