4. 결과 및 토론
1) 연소반응
샘플의 질량 손실, 단위 면적당 HRR(HRRPUA) 및 PIRa와 PF에 대한 가스 종류 상관관계로 구성된 실험 결과의 요약이 아래에 나와있습니다. 단순성과 그리고 나머지 PIR 재료의 결과는 성능이 매우 유사하기 때문에 PIRa의 결과만 이 단원에서 설명합니다.
(1) 일반적인 관찰
PIR의 3가지 유형은 임계치보다 모든 외부 열흐름에 대해 매우 빠른 점화와 함께 유사하게 작용하는 것으로 나타났습니다. 샘플의 가장자리에서만 간헐적인 화염이 관측될 때까지 계속 감소하는 작은 화염이 뒤따랐습니다. 폴리이소시아누레이트(PIR) 폼은 열에 노출되는 초기 단계에서 약간 팽창하는 경향이 있었습니다. 화염 후, 검은 탄화 층(숯)이 남았으며, 외부 열 흐름이 높으면 빛을 발하는 경향이 있습니다. 표면의 숯은 산화에 의해 계속 소비되었으며, 그것의 두께는 입사 복사열 흐름에 따라 다른 속도로 감소하기 시작했습니다.
가장자리에서 타는 것이 산발적으로 관찰되었습니다. PIR의 나머지 숯은 매우 부드럽고 가벼웠습니다. PIR 샘플의 변색이 관찰되었으며, 열분해 과정에서 노란색에서 주황색으로 변하고 마지막으로 검은색으로 변합니다. 이 변색에 대해서는 이후 단원에서 설명합니다. Hidalgo에서는 3가지 유형의 PIR 폼의 결과 간의 유사성이 광범위하게 논의된다는 점에 유의해야합니다. 따라서 여기에서는 주요 비교 결과만 제시되며 PIRa에 더 중점을 둡니다. 3가지 다른 PIR 폼의 반응 차이를 평가하기 위해 Hidalgo를 참조합니다.
페놀폼(PF)은 PIR과 유사한 반응을 보였으며, 화염 후 숯 형성을 진행하고, 표면에서 화염이 꺼진 후 연기를 내뿜었습 니다. 이전 연구에서 볼 수 있듯이, 점화를 위한 임계 열흐름은 PIR(PIR의 경우 10~15kW/m², PF의 경우 22kW/m²)보다 크며, 그러나 점화 후 연기에 의한 표면 회귀는 훨씬 빠릅니다. 페놀폼(PF)은 열 노출 중에 매우 쉽게 부서지거나 균열되는 경향이 있었으며 보다 부서지기 쉬운 행동을 나타냈습니다. 시험동안 펑하고 터지는 소리 및 두드리는 소리가 들렸습니다. 열분해 과정에서 변색이 분홍색–갈색에서 노란색으로 변하고 결국에는 검은색으로 변했습니다. 이 변색에 대해서는 이후 단원에서 설명합니다.
(2) 정규화된 질량
아래 그림은 시료 표면에 보호층이 없는 PIRa 및 PF에 대해 2회 반복에서 정규화된 질량의 평균 곡선을 보여줍니다. 시험의 다른 방출에 대한 시각적 평가의 단순성을 위해 질량 데이터는 정규화된 질량으로 표시됩니다. 여기에서 정규화된 질량은 시험(m(t)/m0)이 시작되기 전에 언제든지 질량과 표본의 초기 질량 사이의 비율을 나타냅니다. 따라서 정규화된 값 1은 샘플의 질량이 샘플의 초기 질량과 동일한 초기 상태를 나타냅니다. 값이 0이면 전체 샘플이 소비되었음을 나타냅니다.
[다른 열흐름에서 보호층이 없는 A: PIRa, B: PF 샘플의 표준화된 질량(m(t)/m0)]
높은 열 흐름은 샘플이 거의 완전한 소비(질량의 5%까지)까지 샘플을 시험하였습니다. 더 낮은 열 흐름(폴리이소시아누레이트의 경우 25~45kW/m² 및 PF의 경우 25kW/m²)에서 시험은 더 일찍 중단되었고, 샘플은 더 이상 현저한 화염이 보이지 않아 제거하였습니다. 시료를 잡아주는 재료도 질량 손실을 경험했습니다. 따라서 정규화된 측정에는 최대 오차 또는 최대 5%의 과대 평가가 포함됩니다. 이것은 상기 그림에서 제시된 곡선이 어떤 경우에 절대 정규화 질량 0에 도달하는 이유를 설명합니다. 샘플을 잡아주는 알려지지 않은 질량 손실 방출로 인해 데이터 출력에 불확실성이 포함될 수 있기 때문에 수정이 적용되지 않았습니다.
폴리이소시아누레이트(PIR)의 질량 손실 곡선은 시험 전체에 걸쳐 감소하는 기울기를 나타내며, 열분해 전면이 보호용 숯을 남기고 두께를 통해 이동하고 있음을 나타내므로 열분해 속도가 감소합니다. 그러나 탄화 후 샘플의 표면에서도 불완전연소가 나타났기 때문에 기울기의 변화에도 또한 이러한 현상이 나타납니다.
페놀폼(PF) 질량 손실 곡선은 폴리이소시아누레이트(PIR)에 대해 관찰한 것보다 더 선형이며, 페놀폼(PF) 질량 손실은 동일한 가열 조건에서 폴리이소시아누레이트(PIR)보다 큰 것으로 관찰됩니다. 이러한 반응은 페놀폼(PF)에 대한 산화(불완전연소)에 의해 표면에서 숯이 더 많이 소비됨을 나타냅니다. 이것은 폴리이소시아누레이트(PIR)이 2개의 다른 온도 범위에서 주 열분해(250℃~350℃)와 산화(500℃~650℃) 범위를 나타내는 반면, 페놀폼(PF)의 주 열분해(400℃~500℃)와 산화(480℃~550℃)는 동일한 범위에서 약간 중복된다는 것을 나타내는 열중량 측정 실험과 일치합니다.
(3) HRRPUA(Heat Release Rate Per Unit Area)와 연소의 유효 열
아래 그림은 PIRa 및 PF에 대한 2번의 반복에서 평균 HRRPUA(단위 면적당 열 방출률)을 보여줍니다. 일반적으로 폴리이소시아누레이트(PIR) 샘플은 단위 면적당 열 방출률의 피크를 제외하고, 시험 전체에서 페놀폼(PF)보다 HRRPUA가 더 낮았습니다. 폴리이소시아누레이트(PIR) 및 페놀폼(PF)의 연소 반응은 점화 직후에 HRRPUA(단위 면적당 열 방출률)의 피크가 가장 큰 유사한 경향을 보였으며, 그 후에는 탄화 물질의 특성인 점진적인 붕괴가 있었습니다. 이것은 일반적으로 모든 폴리이소시아누레이트(PIR)에서 예상됩니다. 그럼에도 불구하고, 페놀폼(PF)은 첫 번째 피크 이후 HRRPUA(단위 면적당 열 방출률)의 붕괴를 보였으며, 높은 열 흐름의 증가는 숯 층의 빠른 소비를 나타냅니다.
아래 표는 플라스틱 폼 PIRa, PIRb, PIRc 및 PF의 유효 연소열에 대한 계산된 값을 보여줍니다. 일반적으로 열분해 가스(화염)에 대한 연소열은 총 시험 시간을 고려하여 얻어진 유효 값보다 낮다는 것이 관찰되었습니다.
[보호층이 없는 플라스틱 폼의 계산된 유효 연소열]
(4) 가스 종류 상관관계 및 수율
아래 그림은 PIRa 및 PF의 특정 시험에 대한 가스 종류 상관관계를 보여주며, 높은 열흐름은 다양한 현상을 명확하게 나타내기 위해 선택됩니다. 챠트는 CO₂및 CO 농도를 나타내고, 생성된 CO₂대 O₂의 비율과 생성된 CO 대 CO₂의 비율을 나타냅니다.
PIR과 PF의 경우, CO/CO₂의 비율이 시험 진행 중에 크게 증가하는 경향이 있었으며, 화염에서 연기가 나는 연소로의 전환을 의미하며, 두 현상 모두 시험의 일부 기간 동안 동시에 발생합니다. 폴리이소시아누레이트(PIR)의 경우 화염 연소(200초 전 시간)동안 0.05와 0.10 사이의 비율이 관찰되며, 페놀폼(PF)의 경우 0.025~0.05 사이입니다. 이 값은 아래 그림에서 강조되어 표시됩니다.
[A, CO₂및 CO 농도 및 B, 65kW/m²에서 PIRa에 대해 생성된
CO₂대 소비된 O₂및 O₂대 생성된 CO의 비율. 음영은 CO/CO₂의 비율을 나타냅니다.]
[A, CO₂및 CO 농도 및 B, 65kW/m²에서 PF에 대해 생성된
CO₂대 소비된 O₂및 O₂대 생성된 CO의 비율. 음영은 CO/CO₂의 비율을 나타냅니다.]
정상적인 상태가 명확하게 관찰되지 않기 때문에 일정한 값을 설정하는 것은 어렵습니다. 국부적 가장자리 효과가 존재하기 때문에 화염에서 불완전 연소로 명확한 전환을 식별할 수 없기 때문에 상단 표면에서 불완전 연소가 발생하는 동안 가장자리에서 화염이 가능합니다. 열분해율과 화염 연소량이 감소함에 따라 CO와 CO₂의 비율은 계속 증가합니다.
CO와 CO₂의 비율은, PIR에 대해 초기에 짧은 정상 상태를 얻었으며, 이는 PIR 열분해로부터 연소만을 암시합니다. 이것은 다른 연소 체제로의 전환을 나타내는 시험기간 동안 계속 감소했으며, 아마도 산화에 의해 숯이 소비되고 두께를 통한 열분해 전면의 확산으로 인해 더 적은 열분해 가스가 생성될 수 있습니다. 페놀폼(PF)에서도 비슷한 결과가 나왔지만, 훨씬 더 일찍 감소했음에도 불구하고 준안정 상태로 전환되었습니다. 이것은 숯의 산화와 동시에 발생하는 열분해 가스의 화염을 나타내는 것일 수 있습니다. 시험의 마지막 단계에서 이것은 아마도 주로 숯의 산화로 인해 다시 감소했습니다.