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화재 테스트의 정의(준불연 경질우레탄폼 단열재)

출처: https://cdn.ymaws.com/www.polyiso.org/resource/resmgr/Tech_Bulletins/tb105_Feb2017.pdf

 

1. 화재 테스트의 정의(준불연 경질우레탄폼 단열재)

 

 1) 건축에서 건축법의 중요성

 

     건축 제품의 화재성능은 항상 철저한 조사를 거쳤습니다. 사람이 살고 작업하는 건물은 안전해야합니다. 건물 및 구조물의 설계, 건축 관행, 건축자재 품질, 위치, 점유 및 유지관리를 통해 생명을 보호하고 민간 및 공공복지를 보호하는 수단을 제공하기 위해 건축법이 존재하는 것입니다. 재료를 규제할 때, 많은 건축법은 미국 테스트 및 재료협회(ASTM, American Society for Testing and Materials)와 같은 표준개발 조직에서 개발한 성능 표준을 참고합니다. 일부 건축법과 보험등급 기관은 FMRC(Factory Mutual Reserch Corporation) UL(Underwriters Laboratories)의 테스트 정보에 의존합니다. 이 기술 내용에서는 화재 테스트 절차 및 건물 용도에 이러한 화재 테스트가 적용되는 것에 설명합니다.

 

 2) 벽과 천장에 대한 화재 테스트

 

     건축 재료의 표면연소 특성에 대한 표준시험 방법인 ASTM E84는 재료 표면의 화염확산을 평가하는 표준 방법입니다. 종종 터널 테스트(Tunnel Test)”라고도 하는 ASTM E84는 수평 테스트 챔버의 천장으로 폭 500mm, 길이 7.6m의 재료 샘플을 설치합니다. 재료는 터널의 한쪽 끝에서 10분 동안 가스 화염에 노출됩니다. 재료의 화염 전면 진행속도는 화염확산 등급을 생성하기 위해 선택한 표준 및 계산과 비교됩니다. 터널 안에서 화재로 인한 연기는 배기가스 스택(stack)에서 광선을 통해 측정되어 연기발생 등급을 설정합니다. ASTM E84UL 723, NFPA 255 또는 UBC 8-1과 같은 다른 명칭도 있습니다.

 

     ASTM E84는 단일 재료 표준 실험실 화재 테스트이므로, E84에서 파생된 수치 등급은 실제 화재조건에서 테스트 재료가 나타내는 위험을 반영하지 않습니다.

 

 3) ASTM E84: 준불연 경질우레탄폼 단열재 vs. 폴리스티렌 단열재

 

     열경화성 재료인 준불연 경질우레탄폼 단열재는 ASTM E84 테스트에서 화재에 노출될 경우, 그대로 유지됩니다. 준불연 경질우레탄폼 단열재는 보호 탄화 층을 형성하고, 터널 테스트 동안 제자리에 남아 건축법에서 요구하는 필요한 등급을 충족합니다.

 

     폴리스티렌과 같은 열가소성 재료는 터널 테스트에서 크게 다를 수 있습니다. 이 재료는 73에서 연화되고, 82~93에서 녹기 때문에, 폴리스티렌은 화재 전면에서 용융되어 터널의 바닥으로 떨어져 계속 연소하고 화재를 확산할 수 있습니다.

 

     많은 폴리스티렌 제조업체가 5의 화염확산을 주장하지만, 압출 폴리스티렌 단열재에 대한 시험소 인증 검사 결과는 아래와 같습니다.

 

 

[압출 폴리스티렌의 화염확산]

     ** 화염확산 및 연기 발생은 원래 테스트 위치에 재료가 남아있는 동안 기록되었습니다. 노 바닥에 용융 잔류물의 발화는 45의 화염확산 분류와 350의 연기발생 등급에 해당하는 화염 이동에서 비롯되었습니다.

 

     ++ 화염확산 및 연기 발생은 원래 테스트 위치에 재료가 남아있는 동안 기록되었습니다. 노 바닥에 용융 잔류물의 발화는 90의 화염확산 분류와 500의 연기발생 등급에 해당하는 화염 이동에서 비롯되었습니다.

     ASTM E119(Standard Test Method for Fire Tests of Building Construction and Materials)는 전체 조립의 내화성을 결정하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 벽 시스템의 화재 등급은 전체 벽 시스템의 3m×3m 영역(프레임, 이중 벽 단열, 외장, 사이딩 및 석고 벽 보드)을 구성하여 측정됩니다. 벽은 가스로에 수직으로 설치되고, 벽 시스템은 등급이 요구되는 기간 즉 1, 2, 3 또는 4시간 화염에 노출됩니다.

 

     화재 노출 시간동안 실패 지점은 다음과 같습니다.

 

   ① 벽 부분을 통한 화염 침투

   ② 조립의 노출되지 않은 면에서 허용되지 않는 온도 상승

   ③ 조립의 구조적인 결함 및 붕괴

 

     따라서 1시간 내화등급은 시험된 벽 구조를 포함하는 구조물이 화재가 시작된 후, 적어도 1시간 동안 설계 부하를 지지하면서 붕괴되거나 화염 또는 고온을 전달하지 않음을 의미하는 것으로 간주됩니다.

 

     지붕/천장 및 바닥/천장 구조도 ASTM E119에 따라 수평으로 테스트할 수 있습니다. 건축법은 일반적으로 건물에 필요란 내화 시간을 지정합니다. 지속 시간 저항에 영향을 미치는 요소에는 건축 유형, 사용 용도, 건물의 위치 및 보험 기준이 포함됩니다. ASTM E119UL 263, NFPA 251 또는 UBC 7-1이라고도 합니다.

 

 4) 지붕시스템을 위한 화재테스트

 

     많은 화재시험은 지붕 데크에서 지붕 덮개를 통해 완전한 지붕시스템의 성능을 평가합니다. 이 테스트는 다음을 측정합니다.

 

   ① 외부 화재 노출에 대한 지붕시스템의 저항

   ② 내부 화재 노출에 대한 지붕/천장의 저항

   ③ 내부 화재확산에 대한 저항

   ④ 지붕 조립의 연료 기여율

 

     이러한 많은 테스트는 전체 지붕 조립을 테스트하는 한편 개별 구성요소에 일부 중점을 둡니다.

 

 5) FM 지붕 테스트: FM Calorimeter(FM 4450/4470) ASTM E108

 

     재산, 책임 및 사상자 정책의 특정 보험사에 대한 제품 또는 물질적 위험 및 시스템 성능을 평가하기 위해 설립된 FM Approvals GlobalFM 표준 4450 4470에 명시된 포괄적인 일련의 테스트를 기반으로 지붕 조립체를 승인합니다. 이러한 일련의 테스트는 금속 부품의 화재, 바람, 내구성 및 부식에 저항하는 능력에 대한 재료를 평가합니다. FM 표준 4450의 모든 테스트를 통과한 지붕 조립체는 FM Class 1 등급을 부여합니다. 다른 조립체는 Class 2등급입니다.

 

     FM은 지붕 데크를 두 가지 범주로 분류합니다.

 

   ① 불연성 등급

   ② Class 1등급

   

     불연성 등급의 데크는 구조 콘크리트, 섬유강화 시멘트, 석고 및 특정 경량 단열 콘크리트와 같은 시멘트질 데크입니다. Class 1등급 데크는 스틸, 난연처리 목재, 시멘트질 목재 섬유, 섬유강화 플라스틱 및 특정 경량 단열 콘크리트일 수 있습니다.

 

     FM 화재성능 테스트는 FM Calorimeter(FM Standard 4450/4470)이며, ASTM E108에 따라 수행된 지붕 조립의 연료 기여율과 외부 가연성 테스트를 평가하는 데 사용됩니다. 단열재 제품은 FM Calorimeter를 사용하여 화재성능에 대해 지붕 조립체에서 평가되며, 이것은 FM 4450/4470 표준을 충족하는 조립체에 포함될 수 있습니다.

 

     외부 가연성은 ASTM E108에 따라 결정되며, 지붕 조립의 모든 구성 요소가 함께 테스트됩니다. 테스트에는 세 부분이 포함됩니다.

 

   ① 화염의 확산

   ② 간헐적인 화염

   ③ 불타는 종류

 

     화염의 확산은 콘크리트, 스틸 또는 석고 데크가 있는 지붕 조립에서 수행되는 유일한 테스트이며, 3가지 테스트는 가연성(목재, 판자, 합판 등) 지붕 데크가 포함된 조립체에서 모두 수행됩니다. 지붕의 경사와 최대 단열 두께도 모두 요인입니다.

 

 6) UL(Underwriters Laboratories Inc.) 지붕 테스트: UL 790, ANSI/UL 1256 UL 263

 

     UL(Underwriters Laboratories Inc.)은 공공의 안전을 위해 제품을 평가하기 위해 설립된 독립된 테스트 기관입니다. UL은 지붕 조립에 대한 3가지 기본 화재 테스트를 수행합니다.

 

   ① 외부 화재노출에 대한 지붕 저항(UL Standard 790, ASTM E108 or UBC 15-2

   ② 내부 화재확산에 대한 저항(ANSI/UL 1256)

   ③ 지붕/천장 내화등급(UL 263, ASTM E119, NFPA 251 or UBC 7-1)

 

     앞에서 설명한 ASTM E108UL 버전은 UL790입니다. 따라서 UL 790에는 화염의 확산, 간헐적인 화염, 불타는 종류 세 가지 테스트 절차가 포함되어 있습니다. 이 테스트는 지붕 조립체의 성능을 평가하기 때문에, 지붕시스템의 모든 구성요소를 함께 테스트합니다.

 

     ANSI/UL 1256을 사용하면, 데크, 접착제, 증기 차단제, 단열재 및 지붕 막을 포함한 전체 지붕 조립을 30분 동안 7.6m 길이의 터널에서 테스트됩니다. 이 테스트는 터널에서 규정된 공기 흐름과 함께 개방된 화염을 사용합니다. 테스트에서 도출된 등급은 지붕 데크 건설 카테고리의 UL 지붕 자재 및 시스템 디렉토리에 보고됩니다.

 

     ASTM E119UL 버전은 UL 263이며, 완전한 조립체의 내화성을 결정하는 데 사용됩니다.

 

 7) FM 4450 Calorimeter 테스트의 중요성 및 ANSI/UL 1256 내부 화재확산 테스트에 대한 저항

 

     지붕 데크의 밑면에 화재가 확산되는 것은 건물에 창고나 제조시설과 같은 넓은 개방된 내부 공간이 있는 경우에 중요합니다. 이러한 방식으로 화재의 확산을 평가하기 위해 법 기관에서 사용하는 두 가지 화재 테스트는 FM Calorimeter 테스트라고 하는 FM 4450과 내부 화재확산 테스트에 대한 저항으로 알려진 ANSI/UL 1256입니다. 두 테스트 모두 데크에서 지붕 덮개까지 전체 지붕 조립체를 평가하지만 테스트 조건 및 테스트 통과 기준은 매우 다릅니다.

[FM 4450ANSI/UL 1256 테스트 조건 및 테스트 통과 기준]

     이 테스트에서 모든 발포 플라스틱 단열재가 동일하게 작동하는 것은 아닙니다. 준불연 경질우레탄폼 단열재는 열경화성 물질이며 고온에 견딜 수 있어 FM 4450 Calorimeter ANSI/UL 1256 테스트에서 성공적인 성능을 나타냅니다. 폴리스티렌과 같은 다른 발포 플라스틱 단열재는 표준 30분의 화재 노출이 끝나기 오래 전에 73에서 연화되고, 82~93에서 녹는 열가소성 재료입니다.

 

     FM 4450 Calorimeter 테스트에서 고온에 도달하기 때문에 폴리스티렌은 스틸 데크의 이음새를 통해 녹고 테스드 동안 데크 아래쪽에 화염을 확산시키고 화염 입자를 노에 방출합니다. 따라서 FM 승인 안내서에는 스틸 데크 적용(, 열 장벽을 사용하지 않음)에서 직접 폴리스티렌 단열재 사용에 대한 Class 1 지붕시스템 승인에 나열되어 있지 않습니다.

 

     FM 보험 건물에는 FM 4450을 통과하는 지붕 조립체만 사용할 수 있습니다.

 

 8) The White House Test

 

     “White House Test”1950년 초에 미시간주 리보니아의 GM 공장 전체 손실에 지붕시스템이 기연한 이유를 조사하기 위한 수단으로 FMRC에 의해 개발되었습니다. 테스트는 길이 30m, 6m, 높이 3m의 불연성 건물로, 한쪽 끝에는 가솔린 연소버너가 있고, 다른 한쪽 끝은 개방되어 있습니다. 다양한 지붕시스템이 설치되고 테스트는 30분 동안 진행됩니다. 1954년과 1955년에 수행된 일연의 테스트 중 하나에서 70한되는 데크 밑면에서 화염이 나타나는 만족스러운 성능이 달성되었습니다. FM은 이 일련의 테스트 데이터를 사용하여 소규모 FM 4450 건축자재 칼로리미터를 개발했습니다. FM 4450은 스틸 지붕 데크에 설치된 단열 지붕시스템의 가연성을 평가하기 위한 기본 테스트로 FM에서 사용됩니다.

 

 9) FM 4880 25High Full Scale Coner Test

 

     모든 지붕시스템이 FM 4450을 사용하여 쉽게 평가되도록 구성되어 있는 것은 아닙니다. FM 4450 칼로리미터 테스트를 시작한지 약 10년 후에 FMFM 4880 7.5m 전체 규모 코너 테스트를 개발했습니다. 이 다목적 전체 규모 테스트는 단열 지붕, 지붕 패널시스템, 단열 벽 및 벽 패널 시스템의 화염확산 가능성을 단독으로 또는 조합하여 평가하는 데 사용됩니다. 평가될 시스템은 7.6m 높이의 코너 구조에 설치되며 벽은 코너에서 11.5m 15m로 연장됩니다.

 

     화재 노출은 벽에서 300mm 코너에 쌓인 목재 팔레트 750 파운드이며, 테스트의 15분 동안 연소시킬 수 있습니다. 테스트를 통과하기 위해 15분 동안 화재가 구조물의 한계를 벗어나는 동안 팔레트 화재가 자연스럽게 발생합니다. 이 테스트는 다양한 법규 기관 및 보험등급기관에서 인정하며 FM 4450 테스트 대신 FM에서 사용할 수 있습니다.