출처: http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.1008.1239&rep=rep1&type=pdf
이 자료는 압출법보온판, 경질우레탄폼단열재, 페놀폼보드(PF단열재)와 같은 유기 단열재의 연소성능 평가에 중점을 두었습니다. 콘칼로리메타 시험에서 경질우레탄폼단열재는 가연성임을 보여줍니다. 연소 과정 후 대부분의 압출법 보온판은 녹고 대부분의 페놀폼보드(PF단열재)는 연소되었습니다. SBI 시험에 따르면 압출법 보온판, 경질우레탄폼단열재 및 페놀폼도드(PF단열재)의 연소 등급은 B등급에서 D등급으로 분류되어 A등급을 달성할 수 없습니다. 모든 압출법 보온판 샘플은 레벨 ZA₃에 도달할 수 있지만, 일부 경질우레탄폼단열재 및 페놀폼보드(PF단열재) 샘플은 레벨 ZA₃에 도달할 수 없습니다.
1. 서론
외벽 단열재의 화재는 두 가지 주요 특성이 있습니다. 빠르게 확산되고 이해하기 어렵게 연소합니다. 이것은 주로 일반적으로 외부 단열재에 존재하는 두 가지 문제 때문입니다. 첫째, 외부 벽 단열재로 유기 단열재인 발포폴리스티렌(EPS), 압출법 보온판(XPS), 폴리우레탄(PU) 및 페놀폼보드(PF단열재)를 많이 사용하기 때문이며, 이 유기재료의 화염 등급은 B2로 가연성으로 쉽게 발화될 수 있습니다. 둘째, 이러한 유기 단열재의 가연성 보드가 벽에 직접적으로 붙여져 있고 일반적으로 전체에 연속적으로 붙여져 있기 때문에 연소 중에 불꽃이 빠르게 확산되었기 때문입니다.
이 자료에서는 압출법 보온판, 경질우레탄폼단열재 및 페놀폼보드(PF단열재)와 같은 전형적인 유기 단열재의 가연성 및 화재 위험을 평가하기 위해 콘칼로리메타(Cone calorimeter) 및 SBI 테스트를 사용했습니다.
1) 재료 및 특성
압출법보온판, 경질우레탄폼단열재 및 페놀폼보드(PF단열재)를 시장에서 구입했습니다. 콘칼로리메타 시험은 35kW/m²의 열방출 및 100×100×3mm³의 샘플 크기를 가지고 콘칼로리메타를 사용하여 수행되었습니다. SBI 시험은 샘플의 가연성은 GB 8624:2006 “건축재료 및 제품의 연소 행동 분류”에 따라 시험되었습니다.
2) 결과 및 토론
(1) 콘칼로리메타 시험
아래 그래프는 압출법보온판, 경질우레탄폼단열재 및 페놀폼보드(PF단열재)의 질량 손실곡선 및 총 열방출(THR)곡선을 나타냅니다.
[압출법보온판의 콘칼로리메타 시험데이터]
상기 그래프는 압출법보온판의 콘칼로리메타 데이터를 보여줍니다. 압출법보온판은 연소 후 질량 손실이 10%임을 알 수 있습니다. 이 곡선은 압출법보온판의 연소 과정이 70초 지속되었으며, 총 열방출이 약 0.18MJ/m²임을 보여줍니다. 열방출율의 최대값은 약 8kW/m²이며, 발화 후 약 30초에 나타납니다.
[경질우레탄폼단열재의 콘칼로리메타 시험데이터]
상기 그래프는 경질우레탄폼단열재의 콘칼로리메타 시험 데이터를 보여줍니다. 경질우레탄폼단열재는 연소 후 40%의 질량 손실을 나타냄을 보여줍니다. 총열방출(THR) 곡선은 연소 과정의 60초 동안 지속되었으며, 총 열방출은 약 2.10MJ/m²임을 보여줍니다. 열방출율의 최대값은 약 75kW/m²이며, 발화 후 약 30초에 나타나 경질우레탄폼단열재의 연소 과정이 압출법보온판보다 더 강하다는 것을 나타납니다.
[페놀폼보드(PF단열재)의 콘칼로리메타 시험데이터]
상기 그래프는 페놀폼보드(PF단열재)의 콘칼로리메타 시험 데이터를 보여줍니다. 페놀폼보드(PF단열재)는 연소 후 90%의 질량 손실을 나타낸다는 것을 알 수 있습니다. 총열방출 곡선은 페놀폼보드(PF단열재)의 연소 과정이 700초 지속되었으며 총 열방출(THR)이 약 11.5MJ/m²임을 보여주며, 이는 연소 속도가 압출법보온판 및 경질우레탄폼단열재보다 약간 느리지만 방출된 열은 훨씬 더 큽니다. 열방출량의 최대값은 약 30kW/m²이며, 발화 후 약 100초에 나타납니다. 이는 페놀폼보드(PF단열재)의 연소 과정이 압출법보온판보다 강하다는 것을 나타냅니다.
[콘칼로메타 시험 후 샘플: a: XPS, b: PU, c: PF]
상기 그림은 콘칼로리메타 시험 후 압출법보온판(a), 경질우레탄폼단열재(b) 및 페놀폼보드(c)의 사진을 보여줍니다. 열가소성 재료인 압출법보온판은 고온 조건에서 녹기 쉬우므로 빠르게 붕괴됩니다. 따라서 연소 후 다수의 연소되지 않은 압출법보온판이 용융되고 고체 상태로 응축됩니다.
열경화성 재료인 경질우레탄폼단열재는 고온에서 용융되지 않기 때문에, 경질우레탄폼은 연소 후 원래의 형상을 유지하였고, 연소 표면은 조밀한 탄화층을 형성하였습니다.
페놀폼보드(PF단열재) 또한 열경화성 재료이며, 연소 중에 폼이 붕괴되지 않았습니다. 그러나 페놀폼보드(PF단열재)는 연소하기 더 쉬우며, 대부분의 페놀폼보드(PF단열재)는 연소동안 타버렸습니다. 연소 후 질량 손실은 거의 90%이며, 약간의 탄소 찌꺼기만 남았습니다.
(2) SBI 시험
아래의 표는 압출법보온판, 경질우레탄폼단열재 및 페놀폼보드(PF단열재)의 SBI 테스트를 보여줍니다. 유ㅜ선 표에서 압출법보온판, 경질우레탄폼단열재 및 페놀폼보드(PF단열재)의 연소 등급이 낮다는 것을 알 수 있습니다.
[압출법보온판, 경질우레탄폼단열재 및 페놀폼보드(PF단열재)의 SBI 데이터]
압출법보온판의 연소성장률지수(FIGRA)가 87~116W/s이고, 총열방출량이 5.3~5.7MJ이며 화염 높이가 70mm임을 보여줍니다. 경질우레탄폼단열재는 연소성장률지수가 79~601W/s이고, 총열방출량이 1.2~4.4MJ이며 화염 높이가 55mm~140mm이고, 페놀폼보드는 각각 23~110W/s이고, 2.0~5.9MJ이며 화염 높이가 30mm~85mm입니다.
따라서 압출법보온판 및 페놀폼단열재의 연소 등급은 B등급을 달성할 수 있으며, 경질우레탄폼단열재의 연소 등급은 B등급과 D등급 사이입니다.
연기 발생 데이터 결과는 경질우레탄폼단열재가 가장 높은 연기를 발생하였으며, 약 71~603m²/s²이고 페놀폼단열재는 가장 낮은 0m²/s²임을 나타냅니다. 모든 압출법보온판 샘플은 GB/T 20285-2006 “물질에 대한 화재 방출 위험의 독성 분류”의 레벨 ZA₃에 도달할 수 있지만, 일부 경질우레탄폼단열재 및 페놀폼보드(PF단열재)는 레벨 ZA₃에 도달할 수 없습니다.
요약하면 압출법보온판, 경질우레탄폼단열재 및 페놀폼보드(PF단열재)는 테스트 연소성능이 낮을수록 연소 등급니 낮습니다. SBI 시험은 연소 등급이 B등급에서 D등급으로 분류되어 A등급을 달성하지 못했음을 나타냅니다.
(3) 요약
압출법보온판, 발포폴리스티렌단열재, 경질우레탄폼단열재 및 페놀폼보드(PF단열재)와 같은 전통적인 유기단열재의 연소 성능은 콘칼로리메타 테스트 및 SBI 테스트를 통해 평가되었습니다. 콘칼로리메타 테스트는 경질우레탄폼단열재가 가연성임을 나타냅니다. 연고 과정 후, 대부분의 압출법보온판이 녹고 대부분의 페놀폼이 연소되었습니다. SBI 테스트에 따르면 압출법보온판, 경질우레탄폼단열재 및 페놀폼단열재의 연소 등급은 B등급에서 D등급으로 분류되어 A등급을 달성할 수 없습니다. 모든 압출법보온판 샘플은 레벨 ZA₃에 도달할 수 있지만 일부 경질우레탄폼단열재 및 페놀폼단열재는 레벨 ZA₃에 도달할 수 없습니다.