LOI là gì?
LOI (Limiting Oxygen Index) hay Chỉ số Oxy Giới hạn là nồng độ oxy tối thiểu (tính theo % thể tích) trong hỗn hợp nitơ/oxy tiêu chuẩn để một vật liệu tiếp tục cháy theo chiều đứng trong điều kiện thử nghiệm kiểm soát. LOI được đo theo tiêu chuẩn ISO 4589-2 (và ASTM D2863 phiên bản tương đương).
LOI là chỉ số quan trọng để đánh giá khả năng cháy nội tại của polymer, vật liệu dệt và chất liệu tổng hợp, đặc biệt trong công nghiệp dệt may bảo hộ, vật liệu điện và ngành hàng không. LOI cao hơn = khó cháy hơn = an toàn hơn.
Phân loại theo ngưỡng LOI
Không khí bình thường chứa khoảng 21% oxy. Từ ngưỡng này, vật liệu được phân loại như sau:
- LOI < 21%: Vật liệu tự cháy và tiếp tục cháy trong không khí thông thường — cháy mạnh và tự duy trì ngọn lửa.
- LOI 21–27%: Cháy khó hơn trong không khí thông thường — có thể cần trợ giúp thêm oxy hoặc nguồn nhiệt để tiếp tục cháy, phụ thuộc điều kiện.
- LOI > 27%: Vật liệu tự tắt trong không khí (21% O₂) vì cần nồng độ oxy cao hơn không khí mới duy trì được ngọn lửa.
- LOI > 60%: Vật liệu thực tế không cháy trong mọi điều kiện môi trường thông thường.
Giá trị LOI của các vật liệu phổ biến
| Vật liệu | LOI (%) | Phân loại |
|---|---|---|
| Cotton (vải bông tự nhiên) | ~18 | Tự cháy dễ trong không khí |
| Giấy thông thường | ~18–20 | Tự cháy |
| Polyethylene (PE) | ~17 | Cháy dễ, nhỏ giọt |
| Polypropylene (PP) | ~17–18 | Cháy dễ, nhỏ giọt |
| Nylon 6 (PA6) | ~20–24 | Biên giới — tùy điều kiện |
| Polycarbonate (PC) | ~25–27 | Khó cháy, tự tắt hoặc cháy chậm |
| Epoxy thông thường | ~19–22 | Cháy được trong không khí |
| PVC cứng (unplasticized) | ~42–45 | Tự tắt trong không khí — an toàn cháy tốt |
| PVC mềm (có phụ gia) | ~25–35 | Tùy hàm lượng plasticizer |
| Vải cotton xử lý chống cháy (FR) | > 28 | Tự tắt sau khi rút nguồn lửa |
| Aramid (Nomex, Kevlar) | ~28–32 | Dùng trang phục bảo hộ nhiệt |
| Polyimide (Kapton) | ~37 | Điện tử cao cấp |
| PVDF (polyvinylidene fluoride) | ~44 | Ống và màng công nghiệp |
| PTFE (Teflon) | ~95 | Gần như không cháy — LOI cao nhất thực tế |
Phương pháp đo LOI theo ISO 4589
Mẫu thử hình trụ hoặc thanh (thường 80–150 mm × 10 mm × 4 mm) được kẹp đứng trong ống thủy tinh chứa hỗn hợp N₂/O₂ kiểm soát. Đỉnh mẫu được châm lửa trong 30 giây. Nồng độ oxy được điều chỉnh tăng/giảm cho đến khi tìm được nồng độ thấp nhất mà ngọn lửa kéo dài ≥ 3 phút hoặc ngọn lửa lan dài ≥ 50 mm — đó là LOI.
ISO 4589 có 3 phần: Part 2 (nhiệt độ phòng thông thường nhất), Part 3 (nhiệt độ cao) và Part 1 (nguyên tắc chung). Phần lớn tài liệu kỹ thuật tham chiếu ISO 4589-2.
LOI và xử lý chống cháy (flame retardant)
Mục tiêu xử lý chống cháy thường là đưa LOI của vật liệu dệt lên trên 26–28% để vải “tự tắt” khi rút nguồn lửa. Cotton tự nhiên LOI ≈ 18% — cần tẩm hoặc phủ hóa chất FR như PROBAN (phốt pho-nitơ) hoặc may sợi FR (Lenzing FR, Trevira CS) để đạt LOI > 28%.
Với polymer kỹ thuật, phụ gia halogen (brom) từng phổ biến do hiệu quả cao nhưng sinh khói độc HBr khi cháy. Phụ gia phosphorus và nitrogen (halogen-free FR) ngày càng thay thế, đạt LOI tương đương với độc tính thấp hơn.
LOI so với các chỉ số cháy khác
| Chỉ số | Đo gì | Ứng dụng chính |
|---|---|---|
| LOI | Nồng độ O₂ tối thiểu để duy trì cháy | Polymer, vật liệu dệt, so sánh vật liệu |
| AIT | Nhiệt độ tự bốc cháy không cần mồi | An toàn thiết bị, phân vùng nguy hiểm |
| Flash Point | Nhiệt độ tạo đủ hơi bắt cháy khi có mồi | Chất lỏng dễ cháy, vận chuyển |
| Cấp cháy A1-F (EN 13501-1) | Đóng góp của vật liệu vào đám cháy | Vật liệu xây dựng, quy chuẩn công trình |
| UL94 | Phân loại cháy nhựa theo chiều đứng/nằm | Vỏ thiết bị điện tử, nhựa kỹ thuật |
Ứng dụng trong lựa chọn vật liệu xây dựng
Dây cáp điện trong công trình thường yêu cầu LOI > 29–30% (tiêu chuẩn IEC 60332 và TCVN 6614) để đảm bảo cáp không lan cháy theo chiều đứng trong ống kỹ thuật. Cáp LSZH (Low Smoke Zero Halogen) thường đạt LOI 32–40% và sinh khói ít — ưu tiên trong tòa nhà cao tầng, hầm ngầm và bệnh viện.
Vật liệu cách nhiệt foam trong tủ lạnh và máy lạnh thường yêu cầu LOI > 26% và đạt phân loại UL94 HF-1 hoặc V-0 để hạn chế nguy cơ cháy từ thiết bị điện gia dụng.
Câu hỏi thường gặp
- LOI 95% của PTFE có nghĩa là không cháy được không?
- Thực tế là vậy — môi trường chứa 95% oxy nguyên chất không tồn tại trong điều kiện bình thường. PTFE xem như không cháy trong mọi đám cháy thực tế, nhưng phân hủy tạo khí độc PFIB trên 350°C.
- PVC cứng LOI 42% — vì sao vẫn thấy PVC cháy?
- PVC cứng (uPVC) tự tắt nhưng cần nhiệt độ đủ cao để khởi động cháy. Trong đám cháy lớn, nhiệt độ xung quanh đủ cao để bắt cháy PVC và duy trì dù LOI > 21%. PVC khi cháy sinh HCl độc hại.
- Cotton FR và cotton tự nhiên khác nhau thế nào khi cháy?
- Cotton tự nhiên LOI ≈ 18% cháy mạnh và lan nhanh. Cotton FR xử lý chống cháy LOI > 28%, khi tiếp xúc lửa tạo lớp than bề mặt (char) ngăn cháy lan và tự tắt khi rút nguồn lửa — không tan chảy nhỏ giọt như vải tổng hợp.