EPS 샌드위치패널의 화재성능 개선(5)
출처: http://ot4.aimplas.es/ficheros/noticias/branz-improving-the-fire-performance-of-polyst.pdf
3) 빈 공간에서 화재 확산
이 현상은 EPS 단열재가 화재로 녹았을 때 샌드위치패널의 강판 표면재 사이에 빈 공간에서 발생하는 자소성을 말합니다. 이 문제의 중요성에 관해서는 산업계와 문헌에서 상당한 차이가 있으며, 실험 단계에서 EPS 샌드위치패널 단열재의 행동을 증명하기 위해 설계되었습니다.
아래 표에서 기술된 바와 같이 3회의 실험이 진행되었으며, 샌드위치패널은 0.6mm 칼라강판 사이에 100 mm 두께의 난연 처리된 EPS 단열재를 사용하였습니다. 200mm*200mm 구멍을 샌드위치패널 표면재에 뚫어 화재시 발생할 수 있는 조건으로 고의적 손상, 찍힘과 부속품을 실험합니다. 2개의 시편은 벽을 시험하기 위해 수직 방향으로 설치되었고, 1개의 시편은 천장을 시험하기 수평으로 설치되었습니다.
[샌드위치패널 빈 공간 화재 확산 시험]
각 시험용 샌드위치패널에는 폭 1200mm로 2장을 표준 조인트 체결 방법으로 연결하여 총 폭은 2400mm입니다. 조인트에는 리벳이 없습니다. 각 샌드위치패널 둘레는 알루미늄 유바 100*25*1.6mm로 200mm 간격으로 직경 4.8mm 알루미늄 리벳으로 고정하였습니다.
조인트와 주위 캡은 실리콘으로 밀봉하였습니다.
참고(실리콘 실란트): https://www.crh.com.au/pdf/02_Adhesives_Silicones_Sealants.pdf
각각의 경우에 가스버너를 배치하고 또는 아래(천장의 경우)에 구멍을 통해 연소를 시작하였습니다. 각 샌드위치패널 시편은 분석을 위한 연소 생성물을 수집하기 위해 배기 후드 아래에 위치했습니다. 열전대는 아래 사진과 같이 600mm*600mm 격자 패턴으로 50mm의 중간 깊이에 설치되어 EPS 단열재의 용융 진행과 연소를 기록합니다. 동일한 600mm*600mm 격자 패턴이 수평 시험을 유지되었으며, 샌드위치패널은 4000mm에서 2900mm로 축소되었습니다.
[수직 샌드위치패널 계측 장비의 설치]
① 샌드위치패널에 200*200mm의 구멍을 뚫고 가스버너를 350mm 높이로 구멍의 가장자리에 설치하였습니다. 구멍과 버너의 수평 위치는 샌드위치패널의 연결 조인트에서 직접 화염의 접촉을 피하기 위해 1200mm 폭의 왼쪽 샌드위치패널 중앙에 설치하였습니다.
② 수평 시편의 경우 가스버너는 200*200mm 잘라낸 것 아래 850mm 떨어진 곳에 설치하였습니다. 구멍과 버너의 위치는 샌드위치패널 연결 조인트에 직접적인 화염 접촉을 피하기 위해 폭이 1200mm인 샌드위치패널 중앙에 설치하였습니다.
ⓐ 60분 40kW
ⓑ 10분 동안 100kW, 다음 10분 동안 200kW, 40~60분 동안 300kW
ⓒ 10분 동안 100kW, 다음 10분 동안 200kW, 10~30분 동안 300kW
시험1에서 벽에 화재 노출은 점화에서 자체적으로 소화가 되었는지 확인하기 위해, 첫 번째 시험에서 하한을 설정하기 위해 최소한의 노출을 시험하기 위한 것입니다. 그런 다음 첫 번째 시험을 근거로 두 번째 시험은 빈 공간으로 화재가 확산할 수 있는지를 결정하기 위해 최대 300kW까지 단계적으로 증가 하는 노출을 샌드위치패널에 가하도록 의도하였습니다. 천장에서 세 번째 시험은 시험2와 동일한 노출을 반복하였으나 EPS가 실질적으로 소멸되어 30분 후 중단되었습니다.
[시험1, 2의 수직 샌드위치패널은 빈 공간의 화재 확산을 평가]
상기의 사진은 시험1과 2에 사용된 4000mm 높이의 수직 샌드위치패널을 보여주며, 170mm*170mm 버너와 샌드위치패널 표면재 200*200mm 구멍을 보여줍니다. 버너 위에 수평 튜브는 샌드위치패널 내부에 있는 열전대와 일치하는 600mm 간격으로 외장 열전대를 포함하여 샌드위치패널에 노출되는 화염 온도를 기록합니다.
(1) 시험1 수직 샌드위치패널: 해설 및 결과
시험1에서 40kW 노출은 저온 가열이 샌드위치패널 내에서 화재 확산을 일으키는지를 보기 위해서입니다. 입수된 열전대 온도를 기초로 아래 등고선지도 사진에서 표시된 것처럼 샌드위치패널 내에서 단열재는 약 35%의 최소한의 용융만이 60분 동안 손실의 가져왔습니다.
[40kW 60분 노출 후 온도 윤곽, EPS 단열재 약 35%가 녹음]
연한 회색은 EPS 단열재의 용융 정도를 나타내고, 약간의 연소가 발생한 개구에서 화원과 점화원을 향해 아래쪽으로 용융/액체가 흘러 샌드위치패널 내부를 가열하는 것으로 가정합니다. 시험의 결론으로, 가열된 지역을 넘어서 샌드위치패널 내부에 감지할 수 있는 화재가 확산되지 않았습니다.
(2) 시험2 수직 샌드위치패널: 해설 및 결과
동일한 시편 구성을 갖는 시험2에서, 화재 노출은 10분 간격으로 100kW씩 증가하여 300kW로 증가하고 60분이 경과할 때 까지 그 수준을 유지했습니다. 10분 노출 후 아래 사진에서와 같이 제한된 밝은 회색 윤곽선을 넘어 샌드위치패널 뒤쪽에 화재 확산 및 가열이 눈에 띄는 흔적이 없었으며, 사진에서 불꽃의 경계와 가깝게 일치합니다.
[시험2에서 100kW 10분 노출 후 온도 윤곽, EPS 단열재 약 18%가 녹음]
[시험2에서 100kW 10분 노출 후]
비슷하게, 20분과 200kW에서 아래 사진과 같이 안정된 상태에 도달했고, 사진에서 화염의 경계로 확인 할 수 있습니다. 용융의 범위와 연소에 사용할 수 있는 EPS는 열 영향 지역의 경계에 의해 제한되었으며 31%로 증가했습니다. 양쪽 샌드위치패널 표면재의 성형과 좌굴과는 별도로 조인트 및 코너 후레싱은 벌어지지 않았습니다.
[시험2에서 200kW 20분 노출 후 온도 윤곽, EPS 단열재 약 31%가 녹음]
[시험2에서 100kW 20분 노출 후]
버너의 출력이 20분 후에 300kW로 증가하여 60분까지 계속되면 계속 용융이 발생하여 아래 사진과 같이 30분에 48%, 60분에 70%에 도달하는 용해가 발생합니다. 이 과정에서 주변의 일부 샌드위치패널 에서 표면재가 좌굴이 발생했으며 리벳이 녹고 찢어지면서 표면재가 앤드 캡에서 분리되었습니다.
[시험2에서 300kW 30분 노출 후 온도 윤곽, EPS 단열재 약 48%가 녹음]
[시험2에서 300kW(반대 각도) 30분 노출 후 정면]
[시험2에서 300kW 60분 노출 후 온도 윤곽, EPS 단열재 약 70%가 녹음]
이 결과로 인해 아래 사진과 같이 60분에 노출되지 않은 쪽이 불타게 되었습니다. 시험1과 2의 경우 버너 출력 이상의 추가 열방출율은 미미했으며, 이는 샌드위치패널 단열재의 연소로 인한 기여는 미미한 것으로 나타냅니다.
[시험2에서 60분 노출 후, 가장자리 앤드캡에서 틈새로 빠져 나가는
가스의 점화로 인해 노출되지 않은 면(왼쪽 면)에서 불타오름]